基于改进遗传算法的天文卫星任务规划研究

空间天文卫星任务规划是一个复杂的多目标优化问题,是为了确定空间天文卫星需要执行的观测活动,有效研究确定在轨方案.通过抽象空间天文卫星任务规划问题相关要素,建立了空间天文卫星的任务规划数学模型,并在原有多目标遗传算法的基础上,设计了基于观测窗口序列的多目标遗传算法,改进了遗传算法的编码能力,能够得到每个观测任务的观测窗口序列,提高了规划结果的灵活性和适用性.从规划仿真结果看,使用改进后的多目标遗传算法能够满足空间天文卫星任务规划的具体需求,是有效的方法.     

基于STK/Scheduler的空间天文卫星任务规划研究

空间天文卫星任务规划是一类复杂的NP难问题,将STK/Scheduler(Satellite Tool Kit/ Scheduler,卫星仿真工具包/任务规划)商业软件从对地观测任务规划领域拓展应用至空间天文卫星任务规划领域,对于获取可靠解算结果、快速构建地面运控仿真环境、提供解算参考基准具有重要意义。根据空间天文卫星任务规划问题,建立了以最大获取科学回报为目标的多约束任务规划模型,开展了基于STK/Scheduler的空间天文卫星任务规划解算和实例验证。实验结果表明:利用STK/Scheduler开展空间天文卫星任务规划能够适应多种规划时段和解算要求,具有求解稳定等特点,可以满足空间天文卫星任务规划的基本需求。     

小卫星编队飞行的自主控制与规划调度

本文针对小卫星编队飞行研究的重点问题,从功能分配的角度对小卫星编队飞行的自主控制系统进行设计,并针对小卫星编队飞行的规划和调度采用基于模型的智能推理方式进行工作这一特点,研究了小卫星编队飞行的规划和调度系统的体系结构。     

博弈协商策略下的多星分布式协同任务规划EI北大核心CSCD

随着星载智能水平、航天运载能力、星间通信能力的全面提升,智能化、组网化、自治化的卫星系统成为当前发展趋势,传统的集中管控方式已难以适应未来分布式卫星系统的综合管理需求.针对分布式遥感卫星系统任务规划问题,本文提出了一种博弈协商机制的多星自主分布式任务规划模型.在该模型中,每颗卫星作为“理性”个体参与任务规划,在每轮博弈中基于局部目标信息和全局交互信息,利用自适应粒子群优化算法不断更新自身的“行动”,直至达到系统平衡.仿真结果显示,分布式任务规划方法能够灵活地应对不同规模的问题场景,算法性能不会随着问题规模的增大而出现显著的下降,有效地克服了传统方法在大规模任务规划场景中优化时间激增、收敛速度慢等缺点,能高效地获取全局性能较优的规划解.     

提高卫星服务寿命的任务规划方法研究

基于组网卫星协同工作规划可提高复杂任务处理的基础上,本文探索降低规划风险,提高卫星服务寿命的卫星任务规划方法.从提高卫星服务寿命角度,建立用于描述资源使用期望的目标规划模型;建立卫星任务规划模型,在任务方案与资源使用中考虑了规划风险要素,并将资源使用目标模型引入到任务规划模型中,以期在规划中同时优化卫星服务寿命要素;基于邻域贪心扩展改善遗传禁忌求解算法,并运用分布并行技术提高工程实用性;利用STK提供基础仿真数据,对模型与算法进行了验证.     

基于层级任务网络的卫星自主规划模型与算法

针对面向任务的卫星操作计划自动生成(即卫星的自主规划)问题，采用层级任务网络规划的任务分解思想，在分析卫星系统结构的基础上，建立了光学成像侦察卫星的规划模型，定义了2种常规任务的任务分解方法。根据模型的特点，开发了一个基于任务分解方法的导引式求解算法。通过一个实例进行了验证，结果表明模型和算法能有效解决卫星的自主规划问题。     

最小化全局完成时间的成像卫星任务规划算法

成像侦察卫星任务规划问题是一类典型多约束组合优化问题.最小化全局完成时间是任务规划领域时效性要求较高情况下的一种优化目标.提出一种整合整数规划与约束规划方法,在最小化任务规划方案全局完成时间的目标下,求解成像侦察卫星任务规划问题的组合算法.该算法通过应用Benders分解将原约束整数规划模型划分为主问题与子问题两部分,采用软件MOSEK与GECODE对主、子问题分别求解.根据子问题求解结果生成剪枝约束,返回主问题迭代,直到获得优化解.算法有效性通过仿真实验进行了检验并取得预期效果.     

用MapReduce实现天文星表交叉认证*

天文星表的交叉认证是天文研究中非常重要的基础工作。新巡天项目和更强大望远镜的投入使用,使天文数据爆炸增长,数据量的增加使得两个星表之间的交叉认证变得非常耗时。描述了如何利用MapReduce实现并行天文星表交叉认证,综合考虑了算法与体系结构的匹配问题,并给出了在大数据天文星表交叉认证工作的性能评估,通过与广泛使用的PostgreSQL数据库的比较,证明了基于MapReduce交叉认证方法的有效性。     

面向图像三维重建的无人机航线规划

随着无人机技术的发展,无人机序列影像三维重建越来越受到人们的关注。为完整重建任务区域的三维模型并减少无人机飞行功耗,提出一种面向图像三维重建的无人机航线规划算法。针对凸多边形任务区域,在图像重叠度和时间连续性的要求下,基于光栅法规划扫描航线并结合最佳扫描方向使得转弯次数最少。借助Gazebo仿真平台,对比验证了无人机按照该算法规划的航线飞行时功耗更小,且拍摄得到的序列影像能够重建任务区域三维模型。     

融合强化学习和进化算法的高超声速飞行器航迹规划

由于高超声速飞行器的复杂特性,对其进行航迹规划是一项非常困难的任务.本文针对高超声速飞行器巡航段,提出了一种将无模型的强化学习和交叉熵方法相结合的在线航迹规划算法.本文将航迹规划问题建模为环境信息缺失程度不同的马尔可夫决策过程,利用(PPO)算法在建立的飞行环境模拟器中离线训练智能体,并通过提高智能体的动作在时间上的相关性来保证航迹的曲率平滑.交叉熵方法则以已训练的智能体由观测到的状态给出的动作作为一种先验知识,进一步在线优化规划策略.实验结果表明了本文的方法可以生成曲率平滑的航迹,在复杂的飞行环境中具有较高的成功率,并且可以泛化到不同的飞行环境中.     

基于区域分割的无人机路径规划

研究无人机路径规划优化问题,针对在城市环境下执行飞行任务前,需要根据所经城市内已知的建筑物信息以及飞机本身性能的限制计算出飞行轨迹,并根据规划出的路径完成飞行任务。在给定起始点和目标点上,提出了一种城市建筑物遮挡模型的无人机路径规划方法。主要包含两方面的内容:一是利用圆柱虚拟城市建筑物环境使建筑物对无人机的遮挡面积可计算;二是在计算出无人机飞行的水平平面上(x,y)点遮挡值的基础上,给出了无人机搜索区域等分的沿对角线折线走法的优化路径规划,得到一条遮挡面积最小的路径并进行仿真。仿真结果表明,规划方法能够快速有效地完成规划任务,获得满意的航迹,为无人机优化路径提供了依据。     

多目标规划模型在航迹规划中的应用

智能飞行器是由动力装置驱动,并在计算机系统自动引导进行的。航迹规划是实现飞行器智能导航并成功完成任务的技术保障。本文针对智能飞行器飞行过程中受到飞行器的最小转弯角限制以及定位误差的影响,提出了基于A*算法的多目标规划的数据模型以及寻求最优航迹规划路径的算法,并用两个校正点数据集进行了验证。结果显示,改进后的A*算法可以快速地规划出满足限制条件的最优路径。     

基于模型的空投任务飞行品质试飞设计及评估

针对飞机执行空投任务的飞行品质试飞安全控制及缺少设计及评估方法问题,建立空投过程数学模型,预测空投过程飞机响应、指导飞行试验实施,在空投试飞前,为评估飞机空投构型飞行品质、确保空投试飞的安全性,分析空投货物时飞机响应特点,确定载机平台飞行品质试飞内容;以飞机姿态控制为目标,确定重力空投、牵引空投过程飞机飞行状态、给出飞行员操纵建议,设计了空投过程评价要素表,形成基于模型的空投任务飞行品质试飞设计及评估技术,保障试飞安全、指导试飞设计。     

Cooperative Advocacy: An Approach for Integrating Diverse Perspectives in Anomaly Response

This paper contrasts cooperative work in two cases of distributed anomaly response, both from space shuttle mission control, to learn about the factors that make anomaly response robust. In one case (STS-76), flight controllers in mission control recognized an anomaly that began during the ascent phase of a space shuttle mission, analyzed the implications of the failure for mission plans, and made adjustments to plans (the flight ended safely). In this case, a Cooperative Advocacy approach facilitated a process in which diverse perspectives were orchestrated to provide broadening and cross-checks that reduced the risk of premature narrowing. In the second case (the Columbia space shuttle accident—STS-107), mission management treated a debris strike during launch as a side issue rather than a safety of flight concern and was unable to recognize the dangers of this event for the flight which ended in tragedy. In this case, broadening and cross-checks were missing due to fragmentation over the groups involved in the anomaly response process. The comparison of these cases points to critical requirements for designing collaboration over multiple groups in anomaly response situations.     

一种无人机视距数据链通视分析方法

中大型无人机系统具有良好的航程航时性能,其配备的视距数据链的理论作用距离通常可达数百公里,但受限于无线电通视条件,实际作用距离变化显著,影响飞行控制操作和任务完成度。提出了一种无人机视距数据链通视分析方法,利用Global Mapper软件基于地理信息系统(GIS)处理能力,分析在不同飞行高度下的视距地面数据终端与无人机的通视区域,可推广至无人机载荷对地侦察任务区域分析,协助预先和在线进行飞行任务航迹规划,确定空域限制条件。经过实际检验,证明本方法快速高效、符合度高,特别适用于无人机执飞高原和山区等地形地貌复杂区域。     

A Bio-Inspired Flapping-Wing Robot With Cambered Wings and Its Application in Autonomous Airdrop

Flapping-wing flight, as the distinctive flight method retained by natural flying creatures, contains profound aerodynamic principles and brings great inspirations and encouragements to drone developers. Though some ingenious flapping-wing robots have been designed during the past two decades, development and application of autonomous flapping-wing robots are less successful and still require further research. Here, we report the development of a servo-driven bird-like flapping-wing robot named USTBird-I and its application in autonomous airdrop. Inspired by birds, a camber structure and a dihedral angle adjustment mechanism are introduced into the airfoil design and motion control of the wings, respectively. Computational fluid dynamics simulations and actual flight tests show that this bionic design can significantly improve the gliding performance of the robot, which is beneficial to the execution of the airdrop mission. Finally, a vision-based airdrop experiment has been successfully implemented on USTBird-I, which is the first demonstration of a bird-like flapping-wing robot conducting an outdoor airdrop mission.      

基于马尔科夫链的平台生存任务模型与航路评估

在地面雷达武器威胁环境里,不仅需要评估航路上飞行平台的有关生存和任务完成的概率,而且还要能度量不同航路的好坏。由于传统模型不能有效表达生存模型和任务模型,更不能有效统一生存模型与任务模型,为此建立了基于马尔科夫链的生存任务模型,并且在此模型的基础上引入代价来评估航路。最后的仿真结果表明,该方法有效刻画了生存率和任务完成率,能关注到完成任务且无伤害返回的概率,并且能有效度量航路的好坏。     

战术任务规划系统研究

驾驶员智能决策辅助系统对于提高作战飞机的生存性和完成任务有效性具有重要意义，研究现代军机战术任务规划和管理系统结构、组成及功能，给出了信息融合、态势评估和任务规划各子系统实现方法；基于目标和任务模型，实现了冲突检测与消解，利用模型预测控制的滚动优化和在线校正技术，实现了突发事件情况下战术飞机飞行轨迹的在线规划问题，具有较好的鲁棒性和抗干扰性，研究结果表明了该方法的有效性。     

Automatic evaluation of air mission routes with respect to combat survival

Aircraft flying in hostile environments are exposed to ground-based air defense systems. It is not always possible to both accomplish the mission and fly outside the range of the enemy’s weapon systems, especially if the positions of the enemy’s systems are not perfectly known. Automatic evaluation of mission routes from a combat survival perspective could therefore aid the pilots to plan their missions. When updated information regarding the positions and capabilities of the enemy’s systems is received during flight, the route could be re-evaluated and the mission could be re-planed or aborted if it is assessed to be too dangerous.The survivability model presented here describes the relation between the aircraft and the enemy’s defense systems. It calculates the probabilities that the aircraft is in certain modes along the route, e.g., undetected, tracked or hit. Contrary to previous work, the model is able to capture that the enemy’s systems can communicate and that the enemy must track the aircraft before firing a weapon. The survivability model is used to calculate an expected cost for the mission route. The expected cost has the attractive properties of summarizing the route into a single value and is able to take the pilot’s risk attitude for the mission into account. The evaluation of the route is influenced by uncertainty regarding the locations of the enemy’s sensors and weapons. Monte Carlo simulations are used to capture this uncertainty by calculating the mean and standard deviation for the expected cost. These two parameters give the pilots an assessment of the danger associated with the route as well as the reliability of this assessment. The paper concludes that evaluating routes with the survivability model and the expected cost could aid the pilots to plan and execute their missions.