接近非合作目标的部分状态反馈姿轨联合控制

飞行器在轨精度跟踪优化问题,根据在轨服务任务需求,针对非合作翻滚目标航天器的自主接近跟踪问题,首先从采用视线坐标系表示的轨道动力学方程和修正罗德里格斯参数表示的姿态动力学方程出发,建立了航天器六自由度类拉格朗日动力学方程;然后仅利用相对位置和相对姿态反馈信息并针对航天器惯性参数不确定性,采用自适应非线性输出反馈控制和神经网络逼近控制方法设计了姿轨联合控制器,并通过Lyapunov直接法证明了该闭环系统的全局渐进稳定性;最后通过仿真验证了采用的方法能够实现对非合作目标的精确跟踪.     

太阳帆航天器地球逃逸轨道解析最优控制律

针对太阳帆航天器地球逃逸轨道控制问题,给出一种新的解析最优控制律.该控制律可使航天器在逃逸过程中轨道能量变化速率最大,从而保证逃逸时间最短.考虑到地球逃逸轨道形状,引入改进春分点轨道根数对航天器运动学方程进行描述,并给出了地球逃逸轨道最优控制律的推导过程.仿真分析表明,该控制律计算速度较快,而且可以根据航天器状态实时计算姿态控制角,因此比较适用于未来太阳帆航天器在轨自主控制系统.     

强等离子鞘套下航天返回舱相控阵雷达探测问题研究

为了有效应对强等离子鞘套环境下相控阵雷达对再入航天器的探测跟踪任务,设计采用多种波形的航天器目标多通道临空复制跟踪策略。针对等离子鞘套的特性和对雷达探测跟踪的不利影响,分别从信号带宽、检测门限和信号波形等方面进行了适应性改进。采用大的跟踪带宽、慢门限凝聚检测送点方式提升常规线性调频信号检测能力;采用宽、窄带交替跟踪方式提升目标距离分辨与检测能力;采用相位编码波形屏蔽鞘套的影响,稳定跟踪目标;采用正负LFM信号检测产生相关强点迹,以保持目标跟踪;复制跟踪策略在实际任务中进行了应用验证,取得了较好的效果。     

航天器姿态跟踪系统的自适应滑模控制

针对存在不确定惯量矩阵和外干扰的刚体航天器姿态跟踪系统,提出了一种自适应滑模控制方法。首先建立了姿态跟踪误差动力学方程,并对刚体航天器跟踪误差动力学定义了滑模,设计了自适应滑模控制律,该控制律的优点在于可以估计系统不确定块,消除了传统滑模控制中对不确定界的要求。Lyapunov分析表明了提出的自适应滑模控制器确保闭环系统取得渐近稳定性。仿真结果验证了提出的控制策略的有效性。     

一种航天器对接姿态校正参数测量方法

利用圆环投影推导三维空间中航天器相互姿态关系的数学模型,对圆环投影的检测方法进行初步讨论,提出一种基于圆环投影检测的航天器对接校正参数测量方法。该方法能直观地获取航天器对接过程中跟踪航天器的姿态校正角度参数,且不必在目标航天器布设特征光点,为实现空间航天器准确对接提供了实用、有效的解决方案。     

基于图像轮廓检测的航天器目标跟踪控制系统设计

目前研究的航天器目标跟踪控制系统控制有效率低,追踪图像与实际目标不同,准确率低;基于图像轮廓检测设计了一种新的航天器目标跟踪控制系统,根据系统硬件的不同性能与结构进行模块式划分,同时将图像轮廓检测数据准则添加入中心管理系统中,时刻保证数据的检测安全系数处于系统操作允许范围内;调整原有的软件结构状态,采集航天器轮廓图像并提取轮廓信息,选用适当的图像轮廓检测阈值,集中检验跟踪目标的运动方向,调控方向数据,以此降低图像的像素变化程度,得到准确的航天器目标跟踪控制结果;实验结果表明基于图像轮廓检测的航天器目标跟踪控制系统控制有效率达到了84%,跟踪目标更加准确。     

基于漏斗策略的航天器高精度姿态控制器设计

针对一类具有外部扰动的航天器控制系统,提出一种基于漏斗策略的高精度姿态控制方法,从而对整个跟踪控制轨迹进行规划,保证控制误差时刻满足设计需求,有效提升控制系统动态性能与品质.首先,对所提出姿态控制策略的跟踪性能进行理论分析,结果表明如果姿态控制误差初值位于根据性能需求设计的漏斗区域内,则在后续任意时刻跟踪误差将始终位于该动态性能漏斗中.在此基础上,考虑到实际工程应用中航天器系统控制信号的有界性需求,给出性能漏斗的优化设计方法,从而保证在输入幅值约束下控制系统的动态性能.最后通过数值仿真验证了所提出航天器姿态漏斗控制策略设计方法及理论分析结果的正确性和有效性.     

空间控制技术发展与展望

控制是航天器在空间环境下自主完成复杂任务的关键技术。首先梳理了中国空间控制技术过去50多年来的发展成果,总结划分为航天器姿态控制、姿态轨道控制、“感知-决策-执行”（Perception-decision-action, PDA）自主控制三个方面,并在综述了各方面主要进展的基础上,围绕超大结构航天器姿态轨道控制、轨道空间博弈控制、网络化航天器集群控制、地外探测智能无人系统控制、跨域航天器自主控制、在轨建造与维护（On-orbit servicing, assembly, and manufacturing,OSAM）控制6个技术方向,提出面临的挑战和需要重点关注的基础性问题,为空间控制技术未来的发展提供借鉴和参考。     

基于MFAPC的无人驾驶汽车路径跟踪方法

为提高无人驾驶汽车转向系统对目标路径的跟踪精度,提出一种新的无人驾驶汽车路径跟踪方法。介绍基于跟踪预瞄点的无人驾驶汽车横向控制方案,给出系统的动态线性化数据模型及其多步预测方程,并采用最小二乘法推导出伪梯度向量的估计和预测方程。结合无模型自适应控制与预测控制的优点,能够通过滚动优化策略进行反复的在线计算,从而得到较好的动态性能。基于CarSim/Simulink联合仿真平台,在车速分别为5 m/s、20 m/s时进行验证,结果表明,与基于车辆动力学的MPC方案相比,该方法具有更好的跟踪效果。     

空间控制技术发展与展望

控制是航天器在空间环境下自主完成复杂任务的关键技术.首先梳理了中国空间控制技术过去50多年来的发展成果,总结划分为航天器姿态控制、姿态轨道控制、“感知-决策-执行”(Perception-decision-action, PDA)自主控制三个方面,并在综述了各方面主要进展的基础上,围绕超大结构航天器姿态轨道控制、轨道空间博弈控制、网络化航天器集群控制、地外探测智能无人系统控制、跨域航天器自主控制、在轨建造与维护(On-orbit servicing, assembly, and manufacturing, OSAM)控制6个技术方向,提出面临的挑战和需要重点关注的基础性问题,为空间控制技术未来的发展提供借鉴和参考.     

机动目标的跟踪与反跟踪

以WGS－84标准的地心坐标系作为统一坐标系,通过建立机动目标的跟踪模型,实时预测机动目标的轨迹,并提出了机动目标的跟踪与反跟踪策略。首先考虑了单目标跟踪问题,提出了基于改进的MeanShift算法的目标跟踪模型,使用此模型提取聚类点,并对这些聚类点进行B样条曲线拟合,得到光滑的航迹。其次考虑了两目标跟踪问题,建立了基于最近邻及改进MeanShift算法的目标跟踪模型,利用最小二乘法对航迹数据进行二次曲线拟合,分析机动目标加速度变化规律,并通过判断拟合曲线上的点与球面位置关系,提出了两种着落点预测方法。最后分析了机动目标如何反雷达跟踪的问题,提出了反跟踪策略。     

一种考虑光照约束的地球同步轨道航天器自主绕飞轨道机动策略

针对地球同步轨道(GEO)航天器的在轨服务航天器自主绕飞问题,为了实现对目标的有效观测,本文研究提出了一种考虑光照约束的轨道机动策略。首先,在HILL坐标系中建立了服务航天器与目标航天器之间的相对运动模型,定义了光照方位角来描述太阳光照对目标航天器观测效果。然后,结合航天器相对运动特性,分析了自主绕飞的形成过程,设计了一种考虑光照约束的服务航天器实现自主绕飞的双脉冲轨道机动策略。最后通过数值仿真实验验证了算法的有效性。     

航天器平移及姿态机动自适应终端滑模控制

研究了用于航天器平移及姿态机动的自适应终端滑模控制方法.通过在广义准坐标下建立拉格朗日方程得到了刚体航天器平移及姿态耦合运动的动力学方程.能对存在模型不确定性和环境扰动下的航天器实现平移和姿态机动.该自适应过程包括对不确定性和干扰的估计、有效抑制传统滑模控制的抖振现象.利用李雅普诺夫稳定性理论证明了控制器的可达性和稳定性.通过航天器的位置以及姿态跟踪的数值仿真,验证了所设计控制器的有效性和准确性.     

基于Mean Shift算法和NMI特征的目标跟踪算法研究

针对传统Mean shift跟踪算法对空中运动目标跟踪效果不理想的问题, 提出了基于Mean shift算法和归一化转动惯量(Normalized moment of inertia, NMI)特征的目标跟踪算法. 算法中引入了目标NMI特征, 建立了基于虚警概率最小原则和相似度二级判决门限的跟踪策略, 对目标模型进行更新. 同时利用卡尔曼滤波, 在目标被遮挡后进行估计预测. 实验表明该算法在空中运动目标存在较大形变、被遮挡等情况下, 能够进行实时、稳定跟踪.     

考虑状态约束的航天器编队分布式姿态协同跟踪控制

针对有向通信拓扑结构下的航天器编队姿态协同控制问题,提出一种基于反步法的分布式姿态协同跟踪控制律.在仅有部分跟随航天器可以获取动态领航航天器信息的情况下,利用多层神经网络的逼近特性对系统的非线性不确定性进行估计.同时,考虑到航天器编队的姿态协同跟踪控制性能,构造Barrier Lyapunov函数,使得状态变量保持在预设的约束区间内,进而实现对姿态跟踪误差的约束.根据代数图论和Lyapunov理论,证明跟随航天器的姿态跟踪误差最终有界.仿真分析表明了所提出控制方法的有效性.     

帧间连续结构稀疏表示的目标跟踪算法

目标跟踪技术在日常生活和生产中有着广泛的应用,但是设计一种具有鲁棒性、准确性和实时性的跟踪算法仍具有很大的难度。为了提高跟踪算法的性能,设计了一种帧间连续结构稀疏表示目标跟踪算法。该算法在粒子滤波框架下进行,采用结构稀疏表示的原理重构候选目标。首先采用目标和背景样本构建稀疏字典, 以提高算法对目标和背景的区分能力。然后,构建含有帧间连续约束项的结构稀疏表示目标方程,该目标方程可以有效利用目标状态的连续性来确定目标状态。进而,根据重构残差设计了一种相似度描述方法,与传统方法相比,该方法对相似目标不敏感。最后,通过6组对比实验证明该算法具有较高的鲁棒性和准确性。     

轨道方程平滑方法在轨道预报中的应用

航天器的轨道预报和落点预报等信息处理对预报起始点的速度精度要求很高.由于非合作测量设备通常不具备测速能力,通常采用多项式平滑微分和卡尔曼滤波等传统方法计算的速度参数精度较差,造成航天器轨道预报精度不高.为提高航天器轨道预报初始点的坐标和速度参数精度,依据自由段轨道符合椭圆轨道方程这一事实,提出使用轨道方程来拟合航天器自由段轨道的方法,可以很好地消弱目标测量数据中随机误差的影响,提供稳定且精度较高的轨道预报结果.本方法可用于航天器轨道预报和落点预报的数据处理.     

一种双无人机协同跟踪地面移动目标方法

针对通信延时情况下双无人机协同跟踪地面移动目标问题进行研究, 构建了基于分布式遗传算法和滚动时域优化结合的目标跟踪航迹规划算法模型。考虑到通信延时会增加目标状态信息数据融合时的误差, 导致无人机跟踪任务效果变差, 结合递推最小二乘滤波和加权最小二乘估计设计了融合方法, 来融合处理目标状态信息; 考虑到无人机对目标的观测效果与未来时刻的目标状态信息密切相关, 采用递推最小二乘滤波预测目标的状态信息, 结合分布式遗传算法和滚动时域优化设计了双无人机目标跟踪航迹规划算法。适应度函数考虑了无人机和目标之间的距离、无人机之间的通信距离、无人机之间的通信角度。仿真结果表明：该协同跟踪方法能够较好地完成跟踪任务; 与一架无人机跟踪相比误差明显减小, 并且可以减小通信延时带来的跟踪误差。     

面向目标跟踪的传感器网络睡眠调度协议

移动目标跟踪是无线传感器网络中的一项重要应用,将睡眠调度机制引入到目标跟踪算法中可以大大降低能耗。针对目标跟踪的实际需求,提出一种面向目标跟踪的传感器网络睡眠调度协议。根据目标跟踪不同阶段,分别设计了目标跟踪前和跟踪过程中传感器节点的睡眠调度机制;另外给出了目标丢失时,如何唤醒节点继续跟踪目标的调度策略。结果表明:该算法能够在保证跟踪质量的同时,降低跟踪能耗。     

多特征联合的稀疏跟踪方法

针对目标跟踪中单一特征描述目标能力较弱的情况,提出一种多种特征联合的稀疏表示跟踪方法。在粒子滤波框架下,首先,提取目标模板和候选粒子的多种特征并对其进行核化处理;然后,用字典模板对各候选粒子进行联合稀疏表示,采用可核化的加速近端梯度(KAPG)方法求解稀疏系数并实现候选粒子的重构;最后,将具有最小重构误差的粒子作为跟踪结果。跟踪过程中,利用子空间学习的方法实现目标模板的更新。实验结果表明,与现有跟踪算法相比,该算法提高了跟踪精度,并在目标存在遮挡、光照变化、运动突变等情况时,均可以取得较好的跟踪效果。