面向航天器自主维护的空间机器人发展战略研究

空间机器人能够适应空间极端环境,突破人类太空探索的极限,极大地提高空间操控的安全性和经济性,是提升空间科学技术水平的核心装备,可为航天事业发展提供重要支撑和有力保障。本文详细阐述了发展航天器自主维护空间机器人技术对于推动我国航天强国建设、促进国防科技发展以及引领变革性技术创新等方面的重大价值;从政策、技术、市场等角度,分析了国内外空间机器人的发展现状及趋势;剖析了目前我国航天器自主维护空间机器人的技术挑战与面临问题;基于国家重大战略需求、研究基础及发展方向,论证了面向航天器自主维护空间机器人的发展体系和突破路径。研究建议:加快科技创新2030—在轨服务重大专项实施,加大空间机器人智能操控基础研究支持力度,加速构建政府-企业-高校协同发展创新机制,加强空间机器人国际合作、引进国际高端人才。

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。

略论航天器自主导航的技术途径

航天器自主导航的现代技术途径是,在航天器上装备一台GPS信号接收机,并采用较佳的算法及其数据处理软件,将其装配在该航天器上,即可实现航天器的自主导航。文中用CHAMP卫星和SAC-C卫星于2006年4月30日的星载GPS观测数据计算表明,卫星自主定轨的三维位置精度能够达到±1m左右。航天器自主导航的未来最佳技术途径是x射线脉冲星导航;它能够用于测定在近地空间、太阳系和银河系等飞行的航天器位置、速度、姿态和时间,实现这些航天器的全程高精度自主导航和运行管理,具有广阔的工程应用前景和军事战略意义;但是它目前还处于初期研究阶段。

基于Delta算子的航天器自主交会鲁棒故障检测滤波器设计

针对有限通信情形下航天器自主交会的故障检测问题,提出了基于Delta算子的鲁棒故障检测滤波器设计方法.采用C-W方程来描述航天器间的相对运动模型,通过Delta算子方法对其进行离散化处理得到系统的离散模型.在故障检测滤波器设计中,考虑信号量化和数据丢包同时存在的情况,并且采用随机伯努利序列来描述数据丢包现象.最后,基于LMI方法给出故障诊断存在的充分条件,并通过数值仿真验证了所设计滤波器的有效性.

规划与调度集成技术在航天器自主控制中的应用

航天器自主运行将是未来航天器发展的趋势之一。本文在前人工作的基础上，应用交互式集成技术，针对航天器问题，提出并构建了航天器自主规划与调度系统，并通过算例，介绍了它的工作过程。该系统将规划技术和调度进行了有机结合，在规划的同时进行调度，可尽早发现不合理规划并抛弃。能够充分利用已有的规划技术和调度技术，易于扩充和移植，能够有效地解决航天器的自主控制问题。

航天器威胁规避智能自主控制技术研究综述

当前,轨道空间日益拥挤、太空竞争不断加剧,对航天器执行既定任务时的轨道威胁自主应对能力提出了新的挑战,使得航天器智能自主控制技术迎来新的发展机遇.在调研分析了轨道威胁感知、自主决策规划、规避机动动作执行、自主控制系统架构相关研究进展的基础上,总结提出了威胁规避智能自主控制面临的主要瓶颈问题,并分析指出发展“感知-决策-执行”一体化控制是破解瓶颈难题的有效手段,最后从一体化控制系统建模、设计、分析与验证多方面,系统讨论了威胁规避智能自主控制需要重点关注的若干基础问题,为未来航天器智能自主控制的理论研究和技术发展提供启发和参考.

自主航天器天地协同控制模式与技术综述

针对航天器上自主功能与地面控制之间如何协调匹配以及进而协同增效的问题,对相关研究与实践的现状和技术发展进行系统性论述。讨论辨识了自主性的概念,以及航天器自主特性的类型,总结归纳了地面对自主航天器进行控制的三种模式,分别说明了其概念内涵和相关研究及实例等。对当前较为通常使用的指令直接控制模式,分析了存在的问题和解决途径;对已得到初步应用的目标策略控制模式,以及有待发展的协同交互控制模式,分析了各自的特点优势,提出了基本实现框架,阐述了支撑关键技术。

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.

自主航天器的规划系统建模研究

根据自主航天器的特点,分析了其规划问题中活动的并行特性以及约束的复杂性,提出了自主航天器规划系统的系统结构,并对规划模型的模型要素进行分析,然后采用规划域定义语言对规划域进行建模,以时间区间理论为基础对规划问题的持续时间约束进行表示,采用时间线模型表现航天器的并行活动,最终解决了自主航天器规划系统的建模与约束表达问题。最后通过一个算例验证了所提方法的正确性。

X射线脉冲星脉冲到达航天器时间测量

X射线脉冲星脉冲到达时间(TOA)的空间测量是航天器自主导航和用脉冲星钟作航天器时间标准的基础.在简要介绍地面射电观测TOA测量方法基础上,重点研究了X射线脉冲星脉冲到达时间的空间测量方法和算法.讨论了利用X射线脉冲星辐射光子到达时间观测,建立X射线脉冲轮廓的方法;给出了通过观测得到的X射线脉冲轮廓与标准脉冲轮廓比较,精确确定TOA的测量方法和实用算法.讨论了削弱多普勒效应对TOA测量影响的方法.

基于固定优先级航天器任务分层调度研究

在航天器自主控制结构中,采用分层结构构建系统,实现不同分组的软件互不影响执行。针对固定优先级调度模型,通过对分区可调度性和分区设计问题进行研究,仔细考察了任务最大响应时间迭代计算过程,提出了一种更为精确的求解算法;在固定优先级任务利用率上限的基础上,给出了分区任务可设计的判定条件;通过利用价值函数,给出了分区参数解析模型,在此基础上,提出了一种局部最优的设计方法来实现整个处理器的分区设计,通过具体实例对所提出的分区分析和设计方法进行了验证。

用脉冲星钟作航天器时间标准

在介绍参考坐标系和时间标准的基础上,讨论了用脉冲星为航天器导航的时间标准问题。利用X射线脉冲星实现航天器自主导航,星载钟的任何误差都会直接影响航天器位置测量。脉冲星钟具有较高的长期频率稳定度,适合用作各类航天器的时间标准。重点讨论了时间标准误差对航天器定位的影响;给出了用脉冲星钟作航天器时间标准的物理实现方法。

利用天体特征和恒星自主跟踪技术(AFAST)创建自主航天器

本文介绍建造自主航天器所必须的AFAST技术,这是探测太阳系天体的自主航天器所需掌握的一项关键技术。文中针对几种可能的飞行任务方案提出了构成AFAST系统的结构体系和信息处理要求。重点介绍天体特征的识别技术,这种识别技术对AFAST的重大意义,以及AFAST的当前技术状态。

航天器时态规划技术研究进展

结合航天器自主运行的迫切需求,阐述了航天器任务规划问题给智能规划技术带来的挑战,并重点分析了具有时间属性的规划方法研究必要性。给出航天器时态规划定义,分别总结了状态空间时态规划建模方法和基于时间线的时态规划建模方法,并给出时态规划知识模型关键元素定义。根据规划方法发展现状,归纳总结前向链、模型转换、规划空间规划和分层任务网络四种方法在时态规划技术方面的特点和研究进展,着重描述各种方法对规划中时间要素的处理。在对目前的航天器时态规划技术发展趋势总结分析基础上,给出了未来航天器时态规划技术的发展建议。

空间物体观测平动点轨道自主导航方法

针对地月平动点轨道航天器自主导航问题,提出一种基于空间物体观测的自主导航方法,空间物体是指运行在近地轨道的已编目目标。该方法利用航天器携带的星敏感器,测量北斗卫星相对于航天器的角信息,进而估计出最优的位置和速度。首先对星敏感器视场、地球遮挡和太阳干扰约束进行分析,筛选了可供观测使用的北斗卫星。然后利用Fisher信息矩阵对系统进行可观性分析,在初选结果的基础上选出最优观测目标。最后,以运行在地月平动点轨道的航天器为例进行仿真。仿真结果表明,在仿真时长为20h的情况下,其定位精度可收敛至1km以下。

《航天控制》选题大纲

1总体与系统技术1.1航天器动力学模型技术1.2航天器控制系统方案设计1.3系统集成与一体化设计技术2制导、导航和控制技术2.1先进的信息与控制理论及应用2.2全程复合制导技术(星光、卫星导航系统)2.3精确末制导技术2.4航天器自主导航和组合导航技术2.5新型运载火箭控制系统研究2.6系统精度与毁伤效果的评估和分析2.

X射线脉冲星导航标准化实践与探索

简述脉冲星导航标准化实践顶层设计原则,从技术要求、系统校准、安装和标定测试等方面探索开展标准化工作的实践,结合脉冲星导航的技术特点和发展趋势,提出该领域标准化重点工作的建议,展望未来脉冲星导航领域标准化工作的发展。

基于C-W方程的近程导引制导与控制方法

根据轨道动力学建立的航天器自主交会绝对运动与相对运动动力学方程,设计了基于C-W方程的近程导引段双脉冲和多脉冲制导与控制方案。采用闭环多脉冲制导,以控制精度和燃料消耗为指标,对双脉冲、等时间间隔多脉冲和闭环多脉冲制导进行比较。仿真结果表明:闭环6脉冲制导可用于近程导引段,有一定的工程应用价值。

基于异步通信链路的AFF星间基线测量技术研究

星间基线的精密测量是自主编队航天器(AFF:Autonomous Formation Flyer)实现多星协同任务的关键技术。基于CCSDS Proximity-1协议,提出一种在AFF星间全双工通信链路中利用双向异步传输帧实现非相干扩频测距和时间同步的方法,给出算法的计算公式和理论误差模型。技术验证系统的实验结果表明提出的方法性能指标先进、信道资源利用率高、功能集成度高。

空间探测中动态运动对双向时间交换测距的影响

为了提高动态运动条件下双向时间交换测距(TWSTT)的精度,满足航天器间高精度自主测量的需要,在传统相对静止模式的基础上,分析了空间探测中目标间动态运动对双向时间交换测距的影响,针对两种典型的运动场景,分析了相对运动影响测距的机理,推导了动态运动条件下的距离解算公式。分析和仿真结果表明:相比传统静止模式,动态条件下的距离解算增加了目标间的相对速度、运动方向及相对距离等影响因素,如果在距离解算时忽略了上述因素,则将引入相应的测距误差,而且相对运动速度越大、相对距离越远,引入的测距误差越大。