深空探测器多智能体强化学习自主任务规划

针对深空探测器执行附着任务时各子系统协同规划自主性、快速性和自适应性的要求,提出一种基于近端策略优化方法的多智能体强化学习协同规划,将单智能体近端策略优化算法与多智能体混合式协作机制相融合,设计了一种多智能体自主任务规划模型,并引入噪声正则化优势值解决多智能体集中训练中协同策略过拟合的问题。仿真结果表明,多智能体强化学习自主任务规划方法能根据实时环境变化,对智能自主优化小天体附着任务的协作策略适时调整,与改进前的算法相比提高了任务规划成功率和规划解的质量,缩短了任务规划的时间。

深空探测自主运行的一种可信性技术体系

未认知与不确定性是深空探测任务的基本特征.本文基于战略导向的体系化基础研究,建立了一种面向科学价值最大化的探测场景和以可靠性为核心技术基础的深空探测自主运行可信性技术体系.分析研究了深空探测场景下的可靠性概念;面向精确感知、最优计算、准确决策、快精准执行的目标要素,提出了深空探测自主运行的可信性体系框架以及“需求-认知-工程”总体技术架构;针对自主运行可信性的关键技术难点,开展了可靠性导向的多物理场、强耦合白盒建模,复杂网络故障传播机制分析,COTS元器件深空探测应用的高可靠保证,以及“模型+数据+知识”一体的融合机制分析等研究.对该技术体系的关键技术验证策略及其最小系统在卫星星座中的应用进行了验证,结果表明,所提出的技术体系具有较高的工程价值.

基于强化学习的深空探测器自主任务规划方法

针对深空探测器自主任务规划多约束的需求,提出了基于动态奖励的强化学习深空探测器任务自主规划模型构建方法,建立了深空探测器智能体的交互环境,构建了策略网络和融合资源、时间以及时序约束的损失函数,并提出动态奖励机制对传统策略梯度学习方法进行了改进。仿真实验结果表明:该方法可实现自主任务规划,规划成功率和规划效率相比静态奖励策略梯度算法有明显的提升,并且能在任意状态下开始规划而无需改变模型结构,提高了对不确定规划任务的适应性。该方法为深空探测器自主任务规划与决策提供了一种新的解决方案。

深空探测器任务规划认知图谱及多属性约束冲突检测

针对深空探测器任务规划中多子系统协同机制中的多约束问题,提出一种深空探测任务规划认知图谱构架及多属性约束冲突检测方法。采用图表示方法实现任务规划的知识建模,将状态转移图解构为三元组实现任务规划过程中的规则匹配,并基于图模型推理方法提出多属性约束冲突检测算法,从而实现多子系统任务规划的认知推理和约束冲突检验。使用不同规模的深空探测任务规划算例对本文方法进行了仿真实验,实验结果显示与遗传算法、传统启发式算法、带约束的启发式算法及进化神经网络算法相比,本文方法可有效缩短规划的求解时间,缩小解空间并且降低内存消耗,有效提升了深空探测任务规划的成功率和可行性。

电推进用于深空探测任务的工程经验总结与展望

深空探测任务是航天发展的前沿领域,其显著提高的速度增量需求使得电推进成为航天器主推进的重要选项。本文从深空探测任务、任务配套电推进、质量比特性、功率比特性、推进效能、自主运行等方面,对已经工程实施的9次深空探测任务进行了应用电推进的经验总结;从速度增量需求、主要工程约束、更高性能和自主运行能力等方面,对未来深空探测任务发展应用电推进的需求进行了展望。

面向自主运行的深空探测航天器体系结构设计及自主任务规划方法

传统的航天器运行管控方式严重依赖地面指控、人力成本耗费大且对任务响应时间长,难以满足深空探测远距离通信时延突出的任务特点,航天器的智能化水平亟待进一步提高.本文通过对航天器自主运行问题进行系统地分析,提出一种基于多智能体的航天器自主运行的体系结构,面向自主系统结构、运行流程等进行了设计.重点针对小行星探测任务,提出了一种包含平台和载荷任务管理的两阶段航天器自主任务规划算法设计方案,能够实现平载一体的航天器自主任务管理,根据高级任务目标输出完整的指令序列.并通过自主任务规划仿真,对相关算法和模型的正确性和可行性进行了可视化验证和分析,为航天器自主运行技术研究提供了一种有益的思路和方法.

深空探测器自主天文导航研究进展

针对深空探测器自主天文导航的迫切需求,简要介绍了研究现状,总结了其面临的技术问题。针对自主天文导航系统误差来源多且时变的问题,详细阐述了基于扩维滤波和基于差分的误差抑制技术;针对现有自主天文导航方法各有局限性且单独使用难以满足导航定位要求问题,详细介绍了自主天文组合导航方法。最后对深空探测器自主天文导航方法未来发展趋势进行了展望。

深空探测微小卫星技术

随着深空探测任务需求的日趋复杂和微小卫星技术的发展成熟,微小卫星逐渐成为深空探测的重要手段.首先总结和梳理了世界主要航天大国开展深空探测微小卫星任务的现状.然后从任务设计角度出发,分析了微小卫星开展深空探测的3种方式,并介绍了对应的典型任务.在此基础上,归纳了主要前沿技术特征.最后给出了对中国未来微小卫星深空探测发展的建议和展望,以期对相关技术发展有所借鉴和推动.

2023年深空探测进展与展望

2023年,人类深空探测活动取得了一系列重大突破。多项月球探测任务成功发射,为地外资源开发利用提供新机遇;地外生命探索取得多项突破,火星、小行星科学成果为生命探寻提供新视角;行星防御备受关注,维护地球安全成为全人类的共识可重复使用引领运载火箭新发展方向,不断提升进入深空的能力和效益本文对2023年的月球探测、行星探测、天文观测和近地小行星防御等方面的任务进展与科学成果进行梳理和归纳,对国际相关政策规划开展分析,并阐述了深空探测领域未来的发展重点与趋势。

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。

深空探测器约束简化与任务规划方法研究

针对深空探测器现有的任务规划方法在处理系统间复杂约束时存在的约束复杂度高、实时响应能力差、计算效率低等问题,提出一种新的约束简化方法和启发式连续任务规划方法。首先,在时间线规划模型中根据两两子系统间的实时状态关系定义启发式因子,并利用该因子在规划周期内的取值建立子系统间时间线临时从属关系,从而合理地降低规划过程中的约束复杂程度;然后,在规划算法中采用时间线状态扩展策略,根据时间线临时从属关系对各子系统间的状态进行横向和纵向扩展,从而实现对目标任务规划进行快速排序。仿真结果表明由启发式因子建立的时间线临时从属关系有效简化了任务规划过程中的时间约束和资源约束、提高了任务规划的效率和灵活性。

考虑动态不确定因素的深空探测器任务规划

针对现有的任务规划方法在响应深空动态不确定因素的扰动情况时存在的不确定因素识别度低、响应策略单一等问题,文章提出了一种考虑动态不确定因素的深空探测器任务规划算法。首先,对不确定扰动按从轻到重四个等级进行划分,并采用模糊神经网络评估不确定扰动属于哪种扰动级别,根据评估结果选择对应的扰动响应策略;然后,采用基于分层任务网络规划(Hierarchical Task Network,HTN)的局部任务修复方法,对受到扰动的子系统对应的复合任务重新进行任务分解,完成对初始规划方案的调整修复。仿真结果表明所提出的算法可以有效地对深空动态不确定因素进行评估和响应,从而提高了任务规划的可靠性和灵活性。

启发式深空探测器任务规划方法

针对深空探测器的任务规划过程特点,考虑约束的数值特性,提出一种基于规划活动相关度的领域无关启发式规划方法。定义了活动的相关度,结合规划过程,给出自学习式的相关度动态更新过程。设计基于相关度的活动选择机制,形成启发式规划算法。数值计算结果表明,文中提出的方法有效地减少了规划过程中规划步数和回溯步数,提高了深空探测器规划的效率。

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。

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。

太阳系边际探测器自主技术需求分析

回顾了已有的太阳系边际探测任务及其自主运行技术的初步应用情况,归纳了太阳系边际探测任务的特点。结合发展和应用历程,分析了实现太阳系边际探测器自主运行所需的关键技术,并给出了各项技术的重点研究方向,包括不确定环境下的自主任务规划技术、超长周期高可靠性自主健康管理技术、极远深空环境自主导航技术、核电源系统自主运行管理技术、极端热环境下的自主热控技术和超远距离下自主通信与休眠技术,能够为太阳系边际探测任务的关键技术研究和任务实施提供参考。

面向深空探测任务的实数遗传编码多星任务规划算法

针对面向深空探测任务的多星任务规划问题,综合考虑卫星对目标时间窗口、卫星姿态机动以及工作能耗等约束条件,建立了面向深空探测任务的多星任务规划问题模型,针对常规01编码在进行大规模卫星任务规划时,存在的编码长度过长等问题,提出了一种基于实数编码方式的遗传算法,以求解面向深空探测的多星任务规划问题.该算法采用了一种以目标为染色体的实数编码方式,相比传统的以时间窗口为染色体的01编码方式,缩短了染色体长度,可有效提高算法的求解效率.通过仿真算例分析,验证了基于实数编码的遗传算法对求解多星任务规划问题的正确性、合理性和有效性,并将其与基于传统01编码方式的遗传算法进行对比分析,其结果表明基于实数编码方式的遗传算法在寻优能力和计算速度上具有明显优势,这为求解面向深空探测任务的多星任务规划问题提供了一种新的思路和方法.

融合轨道动力学的小行星探测器自主视觉定位

针对小行星探测器高精度自主视觉定位问题,提出了一种融合轨道动力学的深空探测器自主视觉定位方法,能修正视觉视觉定位与地图构建算法(simultaneous localization and mapping,SLAM)的定位误差。该方法通过融合轨道动力学的轨道改进技术,能够在缺乏表面先验信息、无人工手动标记的场景下,实现探测器的高精度视觉导航,并建立小行星表面稠密三维模型。首先,基于视觉同时定位和建图方法(VSLAM)提取小行星表面特征,通过因子图优化算法估计探测器位姿,设计回环检测提高定位精度;其次,重构行星表面三维模型,实现基于多面体法的行星不规则引力场建模;最后,提出了一种基于轨道动力学的伪相对运动轨道优化算法,将其作为物理约束修正视觉定位累积误差,分析反演视觉初始定轨误差在轨道动力学中的传播过程,实现修正视觉定位累积误差,改善初始定位结果。仿真实验结果表明,融合轨道动力学可以有效提升小行星探测视觉定位的精度,从而实现高精度导航,为深空探测技术的未来发展提供参考借鉴。

深空探测器的自主运行技术研究

综述了深空探测器自主运行技术发展的现状,分析了实现深空探测器自主运行的关键技术,主要包括自主任务规划技术、自主导航技术、自主故障诊断与重构技术,以及支撑实现上述功能的航天器智能信息技术。然后,重点介绍了这四方面技术的发展现状及面临的主要技术问题。最后,结合深空探测后续任务实施和技术发展需求,提出了未来深空探测器自主运行技术发展的几点建议。

深空探测全域轨迹优化设计平台研究与实现

提出了基于任务定义的深空探测全域轨迹优化设计概念与实现方法。首先,对复杂任务定义、自适应模型库与多环节迭代优化等关键技术进行了详细的阐述。然后,重点讨论了深空探测全域轨迹优化设计软件平台的设计技术与系统实现。最后,基于该平台丰富的模型库,对嫦娥五号等深空探测任务的全过程飞行轨迹进行了优化设计与对比。研究结果表明,开发的深空探测全域轨迹优化设计软件平台具有复杂任务适应能力强、可拓展性好的特点,可为类似软件系统的研发提供借鉴。