启发式前后向链条优化组合在轨多目标观测规划算法

针对敏捷遥感卫星突发多目标观测任务的在轨实时规划问题, 提出一种面向在轨实现的启发式前后向链条优化组合方法。该方法以敏捷卫星滚动俯仰两个自由度的姿态机动能力为输入, 设计了一种基于高权重组链、以姿态机动能力结合观测收益合成链条的启发式方法。完成了不同机动能力下的蒙特卡罗打靶仿真, 优化了链条选择策略, 获得了较高的观测收益。实验证明所提方法有效, 观测收益高, 计算开销小, 可应用于敏捷卫星面向大量点目标的在轨自主任务规划。     

小偏心率空间碎片天基短弧定轨方法和实验

低轨空间碎片数量巨大, 对航天器在轨安全运行造成严重影响。天基光学是空间碎片观测的重要发展方向。低轨天基光学观测平台观测低地球轨道空间厘米级碎片的观测弧段相对较短, 由单个观测弧段难以确定目标的初始轨道, 初始轨道的误差也不容易评估。本文基于可行域方法, 建立了初始轨道确定和误差估计算法。针对天基短弧光学观测数据的初始轨道不易确定的问题, 本文提出了圆轨道辅助可行域方法。通过与商业遥感卫星合作, 利用遥感视频星开展了低轨空间碎片观测实验, 并利用天基实测数据对所提出的计算方法进行了验证, 为后续利用初始轨道进行弧段间关联奠定了基础。     

空间碎片碰撞预警可视化仿真系统设计与实现

研究了一种空间碎片碰撞预警的快速算法,该算法综合利用远近距离筛选、地心距筛选,时间筛选和SGP4轨道预报等方法确定危险碎片.在此基础上,设计并实现了可视化的卫星与空间碎片碰撞预警仿真系统.实验表明,该系统对卫星的碰撞预警速度快,卫星与预警碎片可视化展现效果逼真.     

面向海上移动目标的空天协同连续观测模型

由于视距限制,对海上移动目标进行连续观测与定位探测难度较大.现有方法通过卫星和无人机等单平台对目标进行观测,不能解决面向海上移动目标连续观测的问题.针对当前单个平台的不足,本文构建了面向海上移动目标的空天协同连续观测模型,并提出了空天协同连续观测策略.空天协同连续观测策略抽取出卫星规划、无人机飞行计划、观测序列、区域预测以及路径规划等五个子问题,并对其进行建模求解.仿真实验表明,该方法大大降低了目标的平均观测周期,有效解决了海上移动目标连续观测问题.     

基于dSPACE的卫星控制实时仿真系统设计

为满足某在研大型挠性卫星计算机在回路中的仿真需要,利用dSPACE多处理器系统设计了卫星姿态和轨道控制实时仿真系统。介绍了该系统的软、硬件构成。以星载计算机与惯性基准单元串口通信为例,重点介绍了采用RTI模块、Simulink和Stateflow,实现该实时系统的串口通信建模方法。在星上自主模式下,对该实时系统进行了实时仿真。仿真结果证明了设计的卫星姿态和轨道控制实时仿真系统和串口通信接口模型的有效性。此方法对dSPACE实时仿真系统在航空航天领域的工程应用具有参考价值。     

X射线源/地心矢量观测的卫星自主导航应用

针对X射线探测器的卫星自主导航应用,提出基于X射线源/地心矢量观测的航天器自主天文导航方法。研究了X射线源/地心矢量自主导航原理并给出自主导航系统方案。通过X射线源和地心矢量提取,合成了X射线星光角距和星光仰角观测模型。对X射线源矢量方位观测误差和地心矢量方位观测误差引起的系统观测量残差进行了理论分析,并将其建模为缓变量。建立了卫星运动状态方程模型,并将无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法应用于自主导航过程中,针对观测量周期与导航周期异步的情况给出了导航解算方案。近地圆轨道卫星的自主导航仿真结果验证了该方法的有效性。     

局部邻域搜索在对地观测卫星任务规划中的应用与扩展

任务规划作为一项重要技术,已经广泛应用于卫星的星载与地面控制系统中,以提高卫星任务执行的鲁棒性、可预测性和高效性。描述了对地观测卫星任务规划问题及特点,给出了对地观测卫星任务规划的一般处理过程。针对约束规划中的局部邻域搜索算法不能有效反应对地观测卫星成像的时效性和分辨率等需求的问题,提出了基于动态优先级的局部邻域搜索算法。算法在经典约束满足问题求解算法的基础上,主要扩展了任务优先级的定义及在搜索过程中的启发式。通过典型的仿真算例,验证了算法的可行性和有效性。     

天基空间目标光学观测的仿真与可视化

研究了空间目标光学特性与空间目标、天基观测系统以及太阳之间的相对位置.目标自身参数之间的关系.通过建立的空间目标光学特性仿真系统实时显示了观测系统与目标卫星的距离、目标视星等以及太阳相位角的变化情况;通过STK软件实现了天基光学观测过程的三维可视化,动态地描述出了仿真时段内不同时刻观测效果的变化情况.将建模仿真与可视化结合为天基空间目标光学观测的研究提供了很好的思路.     

天文卫星巡天扫描智能规划模型及仿真

巡天扫描是天文卫星进行天体观测的基础,但是使用传统方法很难实现全天球覆盖,并且会遇到能源输出瓶颈。因此,针对天文卫星巡天扫描所遇到的问题,提出了使用多目标遗传算法对卫星飞行任务进行智能规划的模型。该模型通过调整飞行任务很好解决了能源输出的问题,与仅依靠被动的分段式扫描方法相比,还大大缩短了巡天扫描的时间。从仿真结果来看,该模型是十分有效的。     

一类对地观测卫星成像调度系统的设计与实现

针对一类光学小卫星成像调度的应用需求,综合考虑星地等各种资源的载荷使用约束,设计实现了一个成像调度系统.详细分析了载荷约束,针对约束特点,提出了五阶段系统执行流程,并重点介绍了各阶段的关键技术,包括基于成像约束图的观测动作生成算法和基于背包模型的数传动作生成算法.最后给出了应用实例和实验结果,表明了系统的适用性和可行性.该系统已经成功应用于某在轨卫星的日常规划中.     

卫星自主轨道估计方法及其高阶非线性滤波器设计

卫星的自主轨道确定是卫星自主生存的必要条件。采用星载常用敏感器对自然天体进行观测,并对观测量进行适当转换,得出观测方程为线性化方程,计算量明显减小且具有更直观的物理意义;利用星光折射时星光矢量所处特殊位置计算地心距,增加观测方程信息量;二体轨道动力学模型的一阶递推近似引入系统模型误差是影响滤波器性能的关键因素之一,应用一阶导数函数值的线性组合替代高阶导数的函数值可以使微分方程的线性化误差大为降低。在滤波器的设计过程中,应用此方法对状态方程进行处理,极大提高了滤波器状态方程的递推精度。仿真结果表明,在相同条件下这种高阶非线性轨道估计器的滤波性能远优于扩展卡尔曼滤波技术的一阶轨道估计器。     

基于小波-UKF的自主光学导航方法研究

利用光学导航相机以及星敏感器,通过测量星光信息以及天体边缘的信息,进行了自主光学导航方案的设计.利用小波分析对观测信息进行预处理,滤除了它所包含的高频噪声,为UKF（Unscented Kalman Filter）滤波过程提了更为平稳的观测信息,并与UKF滤波进行比较,通过仿真验证了该算法的优越性.     

基于多智能体的网购生鲜无人车配送调度仿真

无人车配送可有效缓解目前末端配送效率低、人力成本高、安全隐患多等问题。以城市社区网购生鲜无人车配送为研究对象，搭建了网购生鲜时空需求数据驱动的多智能体仿真平台，构建了基于实际路网的仿真环境及无人车、客户、配送站3类智能体，以运营成本最小及客户满意度最大为优化目标，设计并测试了动静态订单分配策略及距离最近或时间最紧配送路径规划策略。基于上海某生鲜电商实际订单数据，对不同策略展开情景模拟及敏感度分析，实现了运力资源的优化配置。     

面向星上的云层探测与规避算法

为避免在遥感卫星成像过程中,因云层遮挡影响光学卫星得到有效的地面目标信息,提出面向星上的云层探测和规避算法。首先利用自适应阈值分割目标和背景,并对分割后的二值图像进行标记,然后提出形状复杂度的概念并计算各连通域的形状复杂度,设定阈值后提取云层区域。建立了卫星轨道空间坐标系和规避云层的模型,推导了敏捷卫星姿态角调整公式,设计了卫星组网通过星间通讯在可见窗口观测目标的方案。通过实验与仿真得出该算法检测云层时间在168~281 ms范围内,正确率为89%,卫星数据利用率在两组轨道参数下分别提高18.15%和22.21%。基本能够将准确度和实时性指标有效结合,并缓解了遥感图像海量数据对传输通道的压力。     

空间探测相控阵雷达系统中的任务规划算法

针对空间探测相控阵雷达系统,提出了一种观测任务规划算法。首先,建立了观测任务模型和观测任务资源占用模型;其次提出一种多任务并行截止期越早越优先(multi-task parallel earliest deadline first,MTPEDF)调度算法来解决观测任务规划,该算法综合考虑雷达的搜索任务与跟踪任务来进行系统资源的分配。对于跟踪任务,算法结合目标的过境时间以及当前系统的负载情况,以此来确定雷达对该目标的观测时间段;最后给出了算法的评估方法。利用在轨的2 886个空间目标进行仿真验证,仿真结果表明算法可以较好地利用系统时间资源,合理安排雷达观测任务。     

基于时间间隔的观测卫星操作规划

卫星的有效载荷的操作规划是卫星自主性的要求，目的是使卫星根据任务目标及有效载荷的当前状态，从有效载荷可选动作集合中自主选择有序的动作集合去完成任务。传统的行为规划技术在时间约束表示上有所不足，因此不能解决有效载荷的操作规划问题。本文介绍了一种基于时间间隔表示的规划方法，并将其应用于卫星的操作规划问题，可以很好的表示有效载荷操作规划中复杂的时间约束，通过一个简单的实例，给出了用这种方法在卫星操作规划问题中的成功应用。     

视觉伺服空间机器人运动硬件仿真研究

对空间机器人操作臂与安装平台之间耦合关系进行了分析,建立了空间机器人各关键部件的模拟器,并组建起硬件仿真试验平台.基于该平台对空间机器人运动控制特性进行了研究,建立了基于视觉反馈的运动规划算法和关节电机闭环控制模型.对仿真过程中的延时环节进行了分析,并采用Smith预估的方法对系统延时进行了补偿.系统自主捕获仿真试验试结果表明,所采用运动控制算法能够稳定收敛于目标,仿真平台能够较好的完成对机器人控制和通讯能力的模拟测试及系统控制算法的验证.     

基于RPPP的无人机自主着舰关键技术研究

在有风浪的复杂海况下，需要自主着舰的无人机与舰船两者相对运动带有极大不确定性，为了提高无人机着舰时相对定位以及控制的精度，确保无人机着舰时的安全性与可靠性，提出一种通过差分对流层误差的相对精密单点定位技术(relative precise point position, RPPP)。该技术仅依靠数据链和载波型卫星定位接收机，消除相同环境下卫星定位相同误差，获得精确相对定位。将比例导引与LQR(linear quadratic regulator)控制器相结合，解决了无人机着舰入射角偏差较大的问题，提高了无人机着舰末段高程方向及入射角度的控制精度。对无人机着舰轨迹进行规划，建立无人机着舰的运动模型，设计无人机着舰横向和纵向的控制律，搭建无人机自主着舰的仿真平台。仿真结果表明，采用上述算法着舰误差控制在0.2 m以下，入射角偏差在10^-3量级，可满足无人机着舰要求。