星群观测任务自主规划的星地联合运行机制

对地观测卫星经常遇到发现新目标、偶发故障不能执行原观测任务等非预期情况,为了提高观测卫星的运行效率,解决在缺乏地面测控支持的情况下非预期观测任务的快速响应问题,需要设计面向自主任务规划的星地联合运行机制.首先针对遥感卫星星群的自主运行和任务规划问题,将其划分为地面规划和星上自主规划两部分,进而充分考虑地面和星上的资源特点和任务需求特点,提出了一种星地联合进行任务规划的运行机制,并详细设计了运行流程.通过自行开发的分布式仿真演示软件的仿真运行表明:该运行机制能够在星上自主任务规划和地面规划之间进行有效的协调、配合,既能够发挥地面计算资源优势、体现控制意图,又能充分利用星上计算的实时性和灵活性,对非预期任务进行快速响应;解决了地面对非预期观测任务响应不及时、星上计算资源受限、星地规划配合等问题,能够有效提高遥感卫星对非预期观测任务的响应能力.     

采用混合遗传算法的敏捷卫星自主观测任务规划

为改进敏捷卫星观测大规模地面目标点时传统的遗传算法求解效率低下的问题,提高智能优化算法的求解效率,改进了传统的遗传算法,提出了禁忌退火遗传混合算法。首先,考虑到航天器在观测地面目标点的过程中所面临的时间约束、姿态轨道动力学约束等多种约束条件,建立了相应的适应度函数。所提出的适应度函数能够兼顾高观测收益与低观测能耗,反应了实际工程问题的观测需求。随后,为改进传统遗传算法的变异过程,提出了禁忌退火变异方法。这一变异方法在个体变异寻优的过程中,引入了禁忌搜索方法与Metropolis法则,提高了算法搜寻到全局最优解的概率,加快了算法的收敛速度。研究结果表明,与传统的遗传算法相比,禁忌退火遗传混合算法节省了约40%的算法运行时间,该算法的运行效率也高于退火遗传算法、禁忌遗传算法等其他种类改进的遗传算法,从而验证了禁忌退火遗传混合算法求解敏捷观测卫星任务规划问题的高效性。     

我国发布航天发展十一五规划 确定九大任务

经国务院批准，国防科学技术工业委员会正式发布《航天发展“十一五”规划》，这份中国航天领域第一个全面的发展规划。部署包括载人航天工程、月球探测工程、高分辨率对地观测系统、北斗卫星导航系统、新一代运载火箭工程等重大科技工程在内共九项主要任务。     

密集观测场景下的敏捷成像卫星任务规划方法

针对密集观测场景下敏捷成像卫星任务规划问题求解空间大、输入任务序列较长的特点,综合考虑时间窗口约束、任务转移时卫星姿态调整时间、存储约束和电量约束,对敏捷成像卫星任务规划问题进行建模. 提出融合IndRNN和Pointer Networks的算法模型（Ind-PN）对敏捷成像卫星任务规划问题进行求解,使用多层的IndRNN结构作为算法模型的解码器. 基于Pointer Networks机制对输入任务序列进行选择,使用Mask向量考虑敏捷成像卫星任务规划问题中的各类约束. 基于Actor Critic强化学习算法对算法模型进行训练,以获得最大的观测收益率. 实验结果表明,对于密集观测场景下的任务规划,Ind-PN算法的收敛速度更快,可以获得更高的观测收益率.     

航迹预测的多无人机任务规划方法

为提高无人机自主控制性能,实现任务分配与航迹规划整体架构,提出一种基于航迹预测的多无人机任务规划方法.首先,将禁飞区考虑为更接近真实场景的多边形模型;然后,使用改进A*航迹预测算法生成任意两个航迹点间障碍规避后的最短路径,利用该路径近似航迹航程作为任务分配过程的输入信息,建立目标函数,采用改进PSO算法求取最优结果;最后,使用B样条曲线平滑分配后的路径组合,生成无人机可飞行航迹.仿真结果表明,该方法能够以较高的计算速度和精度生成近似最优的任务分配结果和满足飞行约束的平滑航迹.     

多小型飞行器自主编队姿态协同控制方法

针对多小型飞行器空间自主编队姿态协同飞行任务,研究了空间多小型飞行器自主编队在空间干扰影响下的姿态协同控制问题.考虑到编队无法获取外界参考信息,需要进行自主编队的情况,提出一种编队姿态协同控制方法.首先,提出的控制方法基于小型飞行器绝对姿态信息实现编队姿态协同,能够适应多种编队通信拓扑结构,并且对于外干扰力矩具有较强的鲁棒性;然后,根据Lyapunov定理,从理论上证明了闭环系统的稳定性和收敛性;最后,通过数值仿真验证了理论分析结果及所提出控制方法的有效性.研究结果表明,所提出的控制方法能够在干扰力矩作用下,利用小型飞行器绝对姿态信息实现编队姿态协同,且能够适应多种编队构型.     

一种CSCW协同控制机制的基本思路

提出一个协同控制机制的概念模式,依此模式发展一个协同控制协议,实际应用于CSCW环境,使得在一个多用户信息共享环境中的群体合作能顺利进行,并增进了CSCW系统的协同程度和确保数据的一致性。     

网络卫星在轨分布式协同任务调度方法

针对网络条件下卫星执行多目标观测任务的自主调度问题,本文设计了一种"Sandwich"空间信息网络体系架构,通过网络传输延时仿真分析,其传输时延为毫秒级别,略优于传统中继方式,该网络传输效能适合多任务需求下实施在轨分布式协同计算;在此基础上,提出了一种分布式断链重连算法,可突破单星计算资源限制,提高在轨计算能力。仿真结果表明:相比单星计算,可有效缩短任务调度约一半时间;利用树莓派和无线网络搭建了分布式调度演示系统,完成了该算法的工程实现。该方法可满足组网状态下面向多任务的各类对地观测、天基探测类卫星的空间在轨自主任务规划调度需求,为空间信息网络的进一步研究和应用奠定技术基础。     

一种利用双DSP实现卫星SEMOI自主导航方法

为了提高卫星自主导航系统的实时计算能力,探讨了一种利用双DSP实现卫星自主导航器的方法.介绍了星载计算机的现状和计算机技术的发展概况及趋势.采用基于迭代最小二乘方法的双DSP并行导航算法实现了自主导航器,其中一个DSP进行轨道计算,另一个DSP进行实时检索,并为星上其他系统提供实时导航数据.最后以实践5号卫星轨道为例,用DSP作为算法载体进行了地面仿真导航实验.与PC机的结果进行对比,结果表明,利用DSP实现卫星自主导航器是可行的.     

Timeline based autonomous mission planning system for deep space exploration

In order to realize the explorer autonomy, the software architecture of autonomous mission management system (AMMS) is given for the deep space explorer, and the autonomous mission planning system, the kernel part of this architecture, is designed in detail. In order to describe the parallel activity, the state timeline is introduced to build the formal model of the planning system and based on this model, the temporal constraint satisfaction planning algorithm is proposed to produce the explorer‘ s activity sequence. With some key subsystems of the deep space explorer as examples, the autonomous mission planning simulation system is designed.The results show that this system can calculate the executable activity sequence with the given mission goals and initial state of the explorer.     

基于改进指针网络的卫星对地观测任务规划方法

针对卫星观测任务规划问题约束复杂、求解空间大和输入任务序列长度不固定的特点,使用深度强化学习（DRL）方法对卫星观测任务规划问题进行求解. 综合考虑时间窗口约束、任务间转移机动时间和卫星电量、存储约束,对卫星观测任务规划问题进行建模. 基于指针网络（PN）的运行机制建立序列决策算法模型,使用Mask向量来考虑卫星观测任务规划问题中的各类约束,并通过Actor Critic强化学习算法对模型进行训练,以获得最大的收益率. 借鉴多头注意力（MHA）机制的思想对PN进行改进,提出多头注意力指针网络（MHA-PN）算法. 根据实验结果可以看出,MHA-PN算法显著提高了模型的训练速度和泛化性能,训练好的MHA-PN算法模型可以直接对输入序列进行端到端的推理,避免传统启发式算法迭代求解的过程,具有较高的求解效率.     

New autonomous celestial navigation method for lunar satellite

Celestial navigation system is an important autonomous navigation system widely used for deep space exploration missions, in which extended Kalman filter and the measurement of angle between celestial bodies are used to estimate the position and velocity of explorer. In a conventional cartesian coordinate, this navigation system can not be used to achieve accurate determination of position for linearization errors of nonlinear spacecraft motion equation. A new autonomous celestial navigation method has been proposed for lunar satellite using classical orbital parameters. The error of linearizafion is reduced because orbit parameters change much more slowly than the position and velocity used in the cartesian coordinate. Simulations were made with both the cartesiane system and a system based on classical orbital parameters using extended Kalman filter under the same conditions for comparison. The results of comparison demonstrated high precision position determination of lunar satellite using this new m     

自主水下潜器全局规划及其仿真方法研究

应用遗传算法设计出二维/三维全局规划器,用于解决自主水下潜器在大范围海洋环境中自主全局路径规划的问题.规划空间采用栅格法离散建模,染色体采用十进制可变长编码方式,基于领域知识设计了初始种群生成算法和五种遗传算子;基于三维建模软件与视景技术建立了半实物虚拟仿真系统,通过设计不同的使命案例对全局规划算法进行了仿真验证.结果表明:该规划算法具有路径描述简单清晰、算法收敛速度快、求解效率高的特点,满足了使命规划的安全性和可行性要求.     

基于Petri网的并行任务规划器

本文具体讨论了基于Ｐｅｔｒｉ网理论的并行任务规划器的设计与实现，提出将Ｐｅｔｒｉ网结合人工智能技术构造出基于网的智能系统来描述计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）的思路．该并行任务规划器已在ＳＵＮＳＰＡＲＣ机器上用Ｃ语言实现，达到预期设计目的     

复杂局部地形中的实时路径规划算法设计

针对复杂局部环境中机器人实时自主导航问题,设计了“双向搜索多边形构造算法”和“基于势场函数的机器人运动控制器”．“双向搜索多边形构造算法”能够在机器人被障碍物包围的环境下搜索出障碍物的包围多边形,从而获取基于障碍的最优行进路径;“基于势场函数的机器人运动控制器”是一个多变量控制器,输入矢量由吸引势场函数和排斥势场函数组成,输出矢量由速度和转角组成,该控制器控制机器人实际运动,使机器人能够有效躲避障碍物并逐步趋向目标点;控制器还设定了机器人运动的基本速度,解决势场为零时引起的局部极小化问题．与“沿墙走算法”、“人工势场法”等方法的实验比较表明,本文算法能够获得更好的优化性和实时性,具有更加广泛的实际应用范围．