一种基于状态预估火箭着陆腿展开方法及系统与流程

本发明涉及火箭地面设备，尤其涉及一种基于状态预估火箭着陆腿展开方法及系统。

背景技术：

1、火箭地面设备技术领域旨在研究并实现火箭在地面阶段的支承、转运、起竖、对接、加注、供气、供电、测试、发射约束释放及安全防护，使火箭在总装测试、发射准备、点火起飞及回收整备过程中获得稳定机械支撑、可靠能源介质供应及受控状态转换。

2、一种基于状态预估火箭着陆腿展开方法及系统目的在于，基于火箭末端着陆阶段的高度、垂向速度、姿态角、角速度、推力指令及剩余推进时间，采用状态估计算法和滚动时域预测方法计算预计触地时间、姿态收敛时间、着陆腿展开耗时及锁止确认耗时，并根据上述时间量之间的约束关系确定着陆腿展开时机，使多项着陆腿在火箭接触着陆面前完成展开、到位及锁止，避免固定高度触发方式在下降速度变化、姿态偏差变化或推力调节变化时产生展开过早或展开过晚，提高着陆腿展开控制可靠性、触地支承稳定性及火箭回收着陆成功率。

3、现有运行方式主要依据高度、垂向速度、姿态角、角速度、推力指令及剩余推进时间估算预计触地时间，并依据预计触地时间确定着陆腿展开时机，处理重点集中于末端飞行状态和展开触发时刻，地面测发台中着陆腿组件编号、缓冲铰接状态、锁紧释放状态、预压指示状态及锁止确认状态通常分散记录，发射锁紧、返回展开、触地吸能及回收维护阶段之间缺少连续约束索引，容易出现同一着陆腿在不同阶段采用不同标号或不同判定基准，展开过程发生异常时，飞控装订参数、回收阶段码和地面处置指令分开保存时，还可能发生版本号对应错误、展开边界沿用前次任务值及异常处置动作未写入任务文件等情况。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于状态预估火箭着陆腿展开方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于状态预估火箭着陆腿展开方法，包括以下步骤：

3、s1：基于火箭地面测发台获取着陆腿组件、缓冲铰接模块、锁紧释放模块、预压指示销及锁止确认器对应的约束信息，所述约束信息由根部编号、模块标号、预压齐平位、锁止闭合位和触地时限值构成，并按发射锁紧、返回展开、触地吸能、回收维护的顺序建立着陆腿约束表；

4、s2：基于所述着陆腿约束表读取触地剩余时间、展开耗时、锁止耗时、最大提前时限和释放执行位，将触地剩余时间依次扣减展开耗时及锁止耗时后与安全裕度比较，生成展开许可窗；

5、s3：基于展开许可窗读取时序、姿态及锁止参数，执行时序比较、边界比较和锁止一致性比较，并采用随机森林算法判定异常类别，生成异常标记；

6、s4：基于所述异常标记建立回收核心区、缓冲区、设备区、撤离通道和近场整备锁之间的响应关系，将封锁、断电、泄压、撤离和禁止进入配置为方向连接，采用迪克斯特拉算法，按风险值、耗时值和能量位生成安全路径；

7、s5：基于所述安全路径调用所述异常标记和所述展开许可窗，对展开触发时限、锁止裕度、姿态边界、角速度边界、飞控版本号和回收阶段码进行比较，将比较结果写入装订字段和联动字段，生成展开控制包。

8、作为本发明的进一步方案，所述着陆腿约束表包括阶段项、部件项、位置项和时限项，所述展开许可窗包括展开起点、展开终点和裕度状态，所述异常标记包括异常类型、异常部位和异常时段，所述安全路径包括响应区域、闭锁动作和执行顺序，所述展开控制包包括展开装订值、异常标记、安全路径和版本标识。

9、作为本发明的进一步方案，生成所述陆腿约束表的具体步骤为：

10、基于火箭地面测发台获取着陆腿组件、缓冲铰接模块、锁紧释放模块、预压指示销及锁止确认器对应的约束信息，从中提取根部编号和模块标号，并读取预压齐平位、锁止闭合位与触地时限值，生成约束信息组；

11、基于所述约束信息组，将根部编号与模块标号关联至对应着陆腿，将预压齐平位、锁止闭合位和触地时限值分别写入发射锁紧、返回展开、触地吸能及回收维护阶段，建立着陆腿约束表。

12、作为本发明的进一步方案，生成所述展开许可窗的具体步骤为：

13、基于所述着陆腿约束表，读取触地剩余时间，并调取展开耗时、锁止耗时、最大提前时限及释放执行位，将上述时间量与释放状态归入同一时序单元，生成展开时间组；

14、基于所述展开时间组，将触地剩余时间扣减展开耗时和锁止耗时，将扣减值与安全裕度进行比较，再结合最大提前时限和释放执行位确定起点与终点，生成展开许可窗。

15、作为本发明的进一步方案，生成所述异常标记的具体步骤为：

16、基于所述展开许可窗，读取展开指令时刻、展开完成时刻、锁止确认时刻和预计触地时刻，将展开指令时刻与许可窗起点及终点比较，将展开完成时刻和锁止确认时刻分别与预计触地时刻比较，生成展开时刻序列；

17、基于所述展开时刻序列，读取姿态角区间、角速度区间和单腿锁止码，将姿态角区间与姿态边界比较，将角速度区间与角速度边界比较，将多项单腿锁止码逐项比对一致位，生成姿态锁止判别项；

18、基于所述姿态锁止判别项，采用随机森林，结合展开时刻序列中展开指令落点、展开完成时刻和锁止确认时刻，匹配展开提前、展开滞后、锁止超时、姿态超界和单腿未锁止类别，生成异常标记。

19、作为本发明的进一步方案，所述随机森林，首先将展开指令落点编码为窗前、窗内、窗后三种状态，将展开完成时刻与预计触地时刻之差、锁止确认时刻与预计触地时刻之差转换为时间裕度，并将姿态角越界位、角速度越界位及多项单腿锁止不一致位组成判别向量，将判别向量输入随机森林，利用自助抽样从标注任务样本中生成多个训练子集，针对每个训练子集建立一棵决策树，每个分裂节点随机选取部分判别变量，计算候选划分前后基尼指数下降量，选取下降量排名首位的变量及阈值完成节点分裂，当叶节点样本数达到设定下限时停止分裂，当树深达到设定上限时停止分裂，每棵决策树输出展开提前、展开滞后、锁止超时、姿态超界、单腿未锁止中的一个类别，统计多个类别票数，选取票数排名首位的类别生成异常标记，票数相同时按照锁止超时、单腿未锁止、姿态超界、展开滞后、展开提前的预设顺序确定输出类别。

20、作为本发明的进一步方案，生成所述的安全路径具体步骤为：

21、基于所述异常标记，选取回收核心区、缓冲区、设备区、撤离通道和近场整备锁，将展开提前、展开滞后、锁止超时、姿态超界和单腿未锁止分别关联至对应响应区域，建立响应节点链；

22、基于所述响应节点链，将封锁、断电、泄压、撤离和禁止进入写入相邻响应区域之间的方向连接，并为方向连接配置风险值、耗时值和能量位，生成闭锁连接权重表；

23、基于所述闭锁连接权重表，采用迪克斯特拉算法，读取方向连接的可执行状态，排除不可执行连接，累计剩余闭锁路线的风险值、耗时值和能量位，比较累计值并选取数值较低的路线，生成安全路径。

24、作为本发明的进一步方案，所述迪克斯特拉算法，首先将当前响应节点设为起始节点，将安全闭锁节点设为终止节点，按照风险值乘风险系数、耗时值乘耗时系数、能量位乘能量系数后求和，计算每条方向连接的综合代价，风险系数、耗时系数和能量系数均取非负数且总和为1，将起始节点累计代价置为0，将剩余节点累计代价置为无穷大，将不可执行方向连接排除，将未确定节点按照累计代价升序排列并选取首位节点写入已确定集合，遍历首位节点连接的可执行方向连接，当首位节点累计代价与方向连接综合代价之和低于相邻节点已记录累计代价时，更新相邻节点累计代价并将首位节点写入相邻节点前驱项，重复节点排序、连接遍历和累计代价更新，终止节点写入已确定集合时结束运算，未确定节点集合先行为空时生成无可达路径标记，随后从终止节点沿前驱项逆向回溯至起始节点，按照回溯结果反向排列响应节点和方向连接，生成安全路径，累计代价相同时按照撤离、禁止进入、封锁、断电、泄压顺序确定路径。

25、作为本发明的进一步方案，生成所述展开控制包的具体步骤为：

26、基于所述安全路径调用所述异常标记和所述展开许可窗，读取展开触发时限、锁止裕度、姿态边界、角速度边界、飞控版本号及回收阶段码，生成装订比对组；

27、基于装订比对组，将展开触发时限、锁止裕度、姿态边界和角速度边界写入装订字段，将飞控版本号、回收阶段码及安全路径对应动作写入联动字段，生成展开控制包。

28、一种基于状态预估火箭着陆腿展开系统，所述基于状态预估火箭着陆腿展开系统用于执行上述基于状态预估火箭着陆腿展开方法，所述系统包括：

29、约束模块：基于火箭地面测发台获取着陆腿组件、缓冲铰接模块、锁紧释放模块、预压指示销及锁止确认器对应的约束信息，读取着陆腿组件根部编号与缓冲铰接模块标号，核对锁紧释放位、预压齐平位、锁止闭合位和触地时限值，按锁紧、展开、吸能、维护顺序建立着陆腿约束表；

30、时窗模块：基于着陆腿约束表，触地剩余时间扣减展开耗时和锁止耗时，再同安全裕度、提前时限比较，生成展开许可窗；

31、判别模块：基于展开许可窗，比较展开指令时刻与窗边界，比较完成、锁止时刻与预计触地时刻，核对姿态角与角速度边界及锁止码，采用随机森林算法投票，生成异常标记；

32、路径模块：基于异常标记建立核心区、缓冲区、设备区、撤离通道及近场整备锁节点，写入封锁、断电、泄压、撤离及禁入连接和权值，采用迪杰斯特拉算法筛除禁用连接并比较代价，生成安全路径；

33、编排模块：基于安全路径调用异常标记和展开许可窗，比较展开时限、锁止裕度、姿态和角速度边界，核对飞控版本号、回收阶段码，写入装订、联动字段，生成展开控制包。

34、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

35、本发明中，通过将着陆腿组件、缓冲铰接模块、锁紧释放模块、预压指示销及锁止确认器对应约束项按发射锁紧、返回展开、触地吸能、回收维护阶段形成着陆腿约束表，使根部编号、模块标号、预压齐平位、锁止闭合位及触地时限值具备统一索引关系；

36、本发明中，触地剩余时间连续扣减展开耗时和锁止耗时，并同安全裕度及最大提前时限比较，可形成随任务时序变化调整起止边界的展开许可窗，减少单一高度触发造成展开提前或展开滞后，并对展开指令时刻、展开完成时刻、锁止确认时刻、姿态角区间、角速度区间及单腿锁止码执行组合判定，并采用随机森林算法输出异常类别，可区分时序异常、姿态异常及锁止异常，避免多项异常共存时仅输出统一故障码；

37、本发明中，异常类别同回收核心区、缓冲区、设备区、撤离通道及近场整备锁建立响应关系，再将封锁、断电、泄压、撤离及禁止进入配置为方向连接，迪克斯特拉算法按照风险值、耗时值及能量位选择安全路径，使异常判定直接转换为有序地面处置动作，将展开触发时限、锁止裕度、姿态边界、角速度边界、飞控版本号、回收阶段码及安全路径动作写入展开控制包，可形成任务参数、异常状态和地面联动指令之间连续约束链。