深空测角测距融合定位光学信息优选方法研究

针对深空探测器自主定位问题,提出测角测距融合定位下光学信息的优化选取方法。分析光学测角与导航星测距的特性,建立测角-测距融合定位方案,在此基础上,综合测量几何构型与敏感器测量精度,表征测角信息整体可观度与相对可观度,并建立测角信息评价函数,利用启发式算法实现测角组合的优化选取。数值仿真表明:所设计的光学信息优化选取方法能有效提升导航性能。

小行星撞击探测自主导航与制导控制方法

针对撞击器自主导航与制导控制系统的工作模式,设计了自主光学信息处理算法、自主光学导航算法与轨道修正制导律。基于自主导航与制导控制系统,搭建了小行星撞击探测自主导航与制导控制综合试验系统,开展了小行星撞击自主导航与制导控制地面半物理仿真试验。仿真结果表明,所提出的自主导航与制导控制方法实现了高精度的小行星撞击,可为小行星探测任务提供技术支持。

小型核反应堆自主控制及其深空探测应用设想

针对空间小型模块化核反应堆的自主控制问题,提出自主控制体系结构,降低反应堆控制对人的依赖程度,满足了深空探测任务对空间堆自主控制的需求。首先介绍了核反应堆自主控制技术和空间探测自主技术的发展现状,分析了空间小型堆的自主控制需求,然后阐释了自主控制及核反应堆近自主控制的内涵。最后基于空间堆的运行特点,给出小型堆近自主控制分层体系结构的组成元素,并进一步建立了融合决策层和功能层的小型堆多智能体自主控制体系结构。

深空探测器自主规划技术研究进展

在深空探测过程中,探测器飞行距离远、所处环境动态多变,传统地面站遥测遥控方式很难满足探测器控制的实时性、鲁棒性和安全性等要求,迫切需要探测器具有自主性,而自主规划技术是实现探测器自主运行的核心技术之一。介绍了自主规划技术发展历程,给出了深空探测器自主规划内涵,分别从自主规划和执行框架、任务规划知识模型、任务规划和重规划、运动规划以及科学观测任务规划六方面进行总结和分析关键技术,并根据技术发展和任务需求,提出了深空探测器自主规划技术发展趋势和重点研究方向。

行星着陆自主导航与制导控制研究现状与趋势

行星着陆自主导航与制导控制技术是行星着陆过程的核心技术之一,关系到行星着陆任务的成败。本文基于未来火星和小天体着陆对自主导航与制导控制技术的发展需求,阐述了进一步开展自主导航与制导控制研究的必要性,围绕行星着陆过程环境特点,分析了自主导航与制导控制技术所遇到的挑战,随后概括了行星着陆自主导航与制导控制所涉及的关键技术,并综述了关键技术的研究现状。最后对我国未来行星着陆探测自主导航与制导控制技术的发展方向进行了展望。

时变指向约束下姿态参数空间离散化路径规划方法

为满足深空探测器在复杂动态环境约束下的姿态机动任务需求,解决时变指向约束下姿态路径规划求解困难、路径优化性能差的问题,提出了一种基于修正罗德里格斯参数(MRP)和动态路径搜索的姿态参数空间离散化路径规划方法。通过MRP空间的笛卡尔网格划分和非奇异空间构建,实现航天器姿态的参数空间离散化和指向约束表征。考虑指向约束的时变动态特性,在三维动态空间中搜索初始到目标姿态的机动路径,并引入路径节点的时间特性,在约束冲突时对路径进行实时修正,设计非奇异空间时变约束路径搜索算法,生成执行路径节点序列。进一步,对生成的路径节点进行插值拟合,基于逆动力学方法计算角速度和控制力矩,完成姿态机动轨迹规划。仿真结果验证了该方法的有效性,可为深空探测器在时变指向约束下规划出姿态机动执行路径。

火星动力下降自主导航与制导技术研究进展

基于火星定点软着陆探测任务的需求,阐述了火星着陆动力下降导航与制导技术的必要性。首先分析了火星着陆动力下降段导航与制导问题,并总结了动力下降段导航与制导面临的挑战与难点,然后综述了动力下降段导航与制导技术的研究现状。最后针对未来复杂地形区精确着陆,提出了实现火星动力下降段高精度自主导航与制导需要解决的关键问题。

行星着陆复杂形貌特征匹配与自主导航研究进展

基于行星定点软着陆探测任务的需求,围绕复杂形貌行星着陆过程环境特点,首先分析了行星着陆复杂形貌特征匹配与自主导航所面临的主要技术挑战,随后综述了行星着陆复杂形貌特征匹配与自主导航的研究现状,并概括了行星着陆复杂形貌特征匹配与自主导航所涉及的关键技术。最后对未来行星着陆探测复杂形貌特征匹配与自主导航发展方向进行了展望。

行星着陆自主导航地形特征综合优化方法

针对行星着陆光学导航方案优化问题,提出了一种基于可观测度的导航地形特征综合优化方法。该方法首先利用星表形貌图像信息建立不同几何特性特征的测量方程,基于可观测度矩阵和Fisher信息矩阵分析导航系统的可观测度和估计误差下限,揭示特征位置和数量与导航系统性能间的关系,在此基础上以导航系统可观测度和估计误差下限为评价指标分别对随机分布导航地形特征点,直线和曲线进行优化选取,最后综合对比分析了利用不同特征点,直线和曲线对导航方案性能的影响,并通过仿真验证了相关结论。

期望状态序列导向的深空探测器规划修复方法

针对探测器动作持续、并行、消耗能源所导致的规划修复难求解问题,提出一种基于期望状态序列的深空探测器规划修复方法。该方法根据动作的执行完成情况,从既定规划中提取未完成执行动作的期望效果以及待执行动作的期望前提,构成一组有序的、逻辑与能源混合的期望状态集合,为规划修复提供子目标,从而将规划修复问题转化为状态转移路径搜索问题;并在搜索过程中,提出能源补给优先的规划修复策略,将逻辑修复与能源修复分离以降低问题求解难度,最终使得探测器能够自主从规划失败中恢复执行。最后,以火星环绕器为例进行数值仿真,验证了方法的有效性和合理性。

基于动态智能体交互图的深空探测器任务规划方法

面对日益复杂的深空探测任务和动态多变的深空环境,深空探测器需要更高效的任务规划技术以快速生成规划方案。探测器内部各子系统具有分布并行的特征,可抽象为多智能体系统进行规划。而现有的多智能体规划方法无法直接应用于需要处理时间资源等数值约束的深空探测器任务规划中。针对上述问题,提出基于分布式求精搜索的多智能体规划空间规划方法,设计动态智能体交互图引导多智能体协同规划,将时间资源约束处理抽象为约束满足问题并采用基于图论的方法进行处理。实验表明,对于包含多子系统的深空探测器的任务规划问题,所提方法能够有效提高规划效率。

基于知识图谱的深空探测器任务规划建模

设计具有任务自主规划能力的深空柔性多智能体探测器是未来深空探测技术研究和发展的重要方向。针对多智能体深空探测器在任务规划时涉及的对象多、约束复杂、深空环境不确定,以及传统的任务规划语言无法对其进行准确、直观、简洁描述的问题,提出基于知识图谱的多智能体深空探测器的知识表示方法。该方法首先对探测器系统进行知识抽取,然后通过知识融合将系统设备及其状态和动作进行关联,最后采用知识加工挖掘多智能体之间潜在的关系。通过与MA-PDDL方法进行对比,验证所提出的方法简单、直观,更有利于探测器实现自主、灵活、准确的任务规划。

小天体柔性着陆任务规划的动态时间约束推理方法

针对小天体柔性着陆任务规划中的复杂耦合时间约束一致性推理效率问题,建立任务规划时间约束网络,通过划分时间约束类型,设计约束动态添加策略,提出动态弧一致时间约束推理方法,限制新添加约束的传播范围,局部求解时间网络一致性,实现规划过程中时间约束网络一致性的高效维护。最后,构建小天体着陆规划场景,生成着陆任务规划活动及时间约束。仿真结果表明,与现有时间约束推理方法相比,所提出方法提高了时间约束推理效率,进而可为小天体柔性着陆任务规划提供支撑。

小天体智能附着技术研究进展

面向小天体探测与开发稳健附着的需求,结合国内外小天体附着探测任务,分析了小天体智能附着技术的需求,综述了目前的研究进展。回顾了小天体附着探测的相关工程任务、介绍了小天体传统的刚性附着模式与新型智能柔性附着的概念、梳理了小天体智能附着技术的需求,在此基础上从动力学、任务规划、感知、导航、制导与控制等方面归纳总结了智能附着技术的研究进展,对小天体附着技术的发展趋势进行了展望。

小天体多节点着陆器强化学习任务规划方法

针对中国提出的小天体多节点着陆器节点运动强耦合,着陆规划过程复杂、执行易偏差、重新规划速度慢特点,提出一种多节点着陆器强化学习任务规划方法。该方法首先将状态空间规划逻辑模型描述为矩阵,利用模型矩阵将任务规划建模为马尔科夫过程,之后通过状态哈希的广度优先搜索算法筛选随机生成状态,生成有效多节点着陆器状态空间始末状态,构建虚拟状态空间训练环境,随机切换始末状态训练强化学习智能体,提升节点的规划适应能力,实现多种条件下的任务规划。对着陆任务进行仿真,实验表明训练后智能体成功完成所有测试任务,且规划效率比POPF3规划器更高,在方案频繁调整的短序列任务上规划速度优势更大,可以更好地应用于多节点着陆器的任务规划。

面向小行星柔性附着的目标导向姿态规划

为解决小行星柔性附着约束复杂、姿态机动控制难度大、机动路径规划求解困难的问题,提出一种目标导向小行星柔性附着姿态机动规划方法,通过构建节点平面耦合动力学模型,实现对柔性3节点探测器姿态描述和动力学约束的表征。设计局部优化扩展策略对快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Trees,RRT)算法进行改进,以目标姿态的空间距离为优化函数,结合柔性体姿态动力学模型构建二次规划问题,增强沿姿态路径机动的目的性。并通过数字仿真进行验证,结果表明提出的方法与传统启发式规划方法相比计算消耗时间少,且对姿态机动路径长度进行了优化,可实现小行星探测器柔性附着过程中姿态机动的需求。

小天体自主附着技术研究进展

基于国际上已实施的小天体探测任务和未来小天体附着探测技术的发展趋势,阐述了小天体自主附着的必要性及关键技术。首先回顾了已成功实施的小天体探测任务的特点,进而总结了小天体自主附着的难点问题,概括分析了小天体自主附着所涉及的关键技术及其研究进展,最后对未来小天体自主附着技术的研究热点和发展趋势进行了展望。

小天体柔性附着自适应曲率制导

柔性附着是一种能够在小天体弱引力环境下防止倾覆反弹、提高附着安全性的新思路。针对柔性着陆器在附着过程中障碍规避的问题,提出一种基于虚拟安全边界的自适应凸优化曲率制导方法。在几何凸轨迹曲率制导的基础上,引入与柔性着陆器结构特性相关的虚拟安全边界,并根据地形障碍信息自适应调整安全边界的形状,使用序列凸优化方法求解柔性着陆器多节点协同的最优避障轨迹。数值仿真结果表明,所提出的方法能有效满足柔性着陆器在复杂星表环境下障碍规避的需求,进一步提高小天体附着的安全性。

航天器自主任务规划修复技术研究进展

结合航天器自主能力发展的迫切需求,阐述了航天器自主任务规划修复的必要性和难点。给出了航天器自主任务规划修复技术、航天器任务规划稳定性和规划修复问题的定义。根据规划执行失败时采用的修复策略,将自主任务规划修复技术分为规则匹配型、局部调整型、删除/求精型、状态转移型和构造新问题型五类。重点归纳了各类自主任务规划修复技术的研究进展和特点,分析了规划稳定性的定量评价方法。并在对目前任务规划修复方法总结分析的基础上,给出了未来航天器自主任务规划修复技术的研究方向建议。

小天体光学导航特征识别与提取研究进展

针对小天体探测自主光学导航特征信息精确,快速获取的需求,阐述了利用图像信息实现光学导航特征识别与提取的必要性。首先分析了小天体光学导航特征识别与提取面临的主要问题;然后根据小天体探测各阶段目标成像特点,总结并分析了小天体探测光学导航特征识别与提取涉及的关键技术;最后,根据关键技术结合现有问题和未来发展需求,分析并对未来小天体探测光学导航特征识别与提取的发展趋势进行了展望。