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基于深度强化学习的航天器多约束规避动作快速规划

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空间控制技术与应用 2023年第2期49卷 1-9页

作者：吴健发魏春岭张海博李克行郝仁剑北京控制工程研究所北京100094 空间智能控制技术全国重点实验室北京100094

航天器规避机动过程中面临多种复杂约束条件,传统基于数值优化的动作规划方法在处理相应模型和约束条件时存在初值敏感、计算时间较长等问题,难以对近距离轨道威胁做出及时反应.针对该问题,本文提出一种基于深度强化学习的航天器多约束... 详细信息

航天器规避机动过程中面临多种复杂约束条件,传统基于数值优化的动作规划方法在处理相应模型和约束条件时存在初值敏感、计算时间较长等问题,难以对近距离轨道威胁做出及时反应.针对该问题,本文提出一种基于深度强化学习的航天器多约束规避动作规划方法.建立航天器六自由度非线性动力学模型以及相应姿轨机动约束条件;建立基于双延迟深度确定性策略梯度(TD3)的动作规划方法,通过TD3训练得到的神经网络在线生成满足多种约束条件的规避机动动作;构造与规划方法相适配的深度强化学习规范化训练环境,确保学习训练过程中智能体和环境的有效交互.仿真结果表明,所提方法能在预期交会时间仅数十秒的情况下快速实时生成规避动作,规划周期小于9 ms,远低于作为对比项的高斯伪谱法.

关键词：规避机动轨道威胁动作规划深度强化学习

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利用大气阻力的横向编队维持控制

中国空间科学技术 2008年第6期28卷 8-13页

作者：陈统徐世杰李克行北京航空航天大学北京100083 北京控制工程研究所北京100080

研究了航天器在近圆轨道面内横向固定间隔距离内伴飞编队维持问题。基于经典轨道要素偏差法分析了相对运动特性和大气阻力对相对运动的影响。根据利用大气阻力引起的横向相对运动漂移,设计了有利于长期伴飞编队维持的初始半长轴偏差和... 详细信息

研究了航天器在近圆轨道面内横向固定间隔距离内伴飞编队维持问题。基于经典轨道要素偏差法分析了相对运动特性和大气阻力对相对运动的影响。根据利用大气阻力引起的横向相对运动漂移,设计了有利于长期伴飞编队维持的初始半长轴偏差和伴飞边界点的期望半长轴偏差,进一步给出了进行伴飞维持的边界点横向速度脉冲。仿真结果表明,该控制策略进行伴飞编队维持是可行的,维持所需的速度脉冲次数少、速度增量小,且算法简单,有利于航天器自主化实现。

关键词：编队飞行轨道控制经典轨道要素偏差法大气阻力航天器

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基于LP估计的SLR数据处理与分析

基于LP估计的SLR数据处理与分析

作者：李克行中国科学院研究生院（上海天文台）

学位级别：硕士

随着空间测量技术的发展,对卫星轨道的精度要求越来越高。最小二乘估计(简称LS估计)建立在误差分布为正态、函数模型为线性的基础上,且不具有抵御粗差的能力。但观测数据难免存在粗差,会对定轨的可靠性产生影响,因此单纯使用最小二乘估... 详细信息

随着空间测量技术的发展,对卫星轨道的精度要求越来越高。最小二乘估计(简称LS估计)建立在误差分布为正态、函数模型为线性的基础上,且不具有抵御粗差的能力。但观测数据难免存在粗差,会对定轨的可靠性产生影响,因此单纯使用最小二乘估计是不可靠的。LP估计(Least P—norm Estimation)是观测误差服从P范分布时的最或然估计,具有抗差能力,能够降低甚至消除粗差对参数估值的影响,得到具有一定效率的稳健估值。本文从卫星动力学轨道确定的最优估计理论出发,在卫星精密轨道确定过程中引入了稳健的LP估计,主要做了以下几个方面的工作: 一、LP估计的理论研究。详细探讨了LP估计的估计原理、性质、效率、求解方法以及精度评定。根据M估计的影响函数,在数据的基础分布为正态分布的情况下,推导了LP估计的影响函数,探讨了P的不同取值与LP估计稳健性的关系:随着P值的增大,LP估计的稳健性逐渐降低。二LP估计的模拟实验。分别模拟了误差分布为正态、正态但具有粗差和P范分布的观测数据,用LP估计和LS估计对这些数据进行了处理。通过比较计算结果发现当误差为正态分布时,LS估计为最优估计,当误差分布为P范分布时或数据混有粗差时,LP估计明显优于LS估计。三LP估计在卫星精密定轨中的应用。介绍了卫星精密定轨的基本原理以及LP估计在精密定轨中的实现方法,在中科院上海天文台的精密定轨软件SHORDE全面分析研究的基础上将软件加以

关键词： P范分布 LP估计 LS估计精密定轨

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空间碎片自主规避方法

空间碎片研究 2023年第1期23卷 19-23页

作者：邢林峰李克行薛超北京控制工程研究所北京100094

利用碎片监测载荷提供的空间碎片测角、测距信息,结合航天器绝对轨道全球导航卫星系统(GNSS)信息,实现对空间碎片的自主轨道确定;当发现航天器与空间碎片有碰撞危险时能够自主安全评估和威胁告警,同时制定规避轨道机动策略,进行自主规... 详细信息

利用碎片监测载荷提供的空间碎片测角、测距信息,结合航天器绝对轨道全球导航卫星系统(GNSS)信息,实现对空间碎片的自主轨道确定;当发现航天器与空间碎片有碰撞危险时能够自主安全评估和威胁告警,同时制定规避轨道机动策略,进行自主规避。文中给出了自主规避空间碎片的原理和方法,经分析和仿真实例说明了该方法的有效性。

关键词：空间碎片碰撞危险自主规避

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基于人工势场的星群松散编队控制

空间控制技术与应用 2021年第3期47卷 33-39页

作者：高婉莹李克行北京控制工程研究所北京100094 空间智能控制技术重点实验室北京100094

利用低成本的微纳卫星组成星群协同执行空间任务,近年来引起了航天界的广泛关注.针对星群松散编队控制任务,将人工势场法和基于相对运动动力学方程的速度反馈控制相结合,在各颗卫星和目标之间构造吸引势场,在各颗卫星之间建立基于位置... 详细信息

利用低成本的微纳卫星组成星群协同执行空间任务,近年来引起了航天界的广泛关注.针对星群松散编队控制任务,将人工势场法和基于相对运动动力学方程的速度反馈控制相结合,在各颗卫星和目标之间构造吸引势场,在各颗卫星之间建立基于位置信息的避碰势场,在空间障碍物附近建立避障势场,同时引入速度反馈控制律,综合实现星群松散编队控制,并通过仿真算例验证了控制方法的有效性.

关键词：星群松散编队人工势场避碰避障

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嫦娥二号卫星高可靠高精度变轨控制技术

中国科学：技术科学 2013年第7期43卷 727-732页

作者：黄江川宗红李骥李克行中国空间技术研究院北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京控制工程研究所北京100190 空间智能控制技术国家级重点实验室北京100190

针对嫦娥二号卫星高可靠首次制动进入环月轨道、高精度环月轨道机动以及扩展任务的转移轨道控制需求,本文提出了适用于从卫星入轨,经月球和日-地L2点至飞越图塔蒂斯小行星的任务各阶段的轨道控制方案,方案具有高可靠、高精度、强自主的... 详细信息

针对嫦娥二号卫星高可靠首次制动进入环月轨道、高精度环月轨道机动以及扩展任务的转移轨道控制需求,本文提出了适用于从卫星入轨,经月球和日-地L2点至飞越图塔蒂斯小行星的任务各阶段的轨道控制方案,方案具有高可靠、高精度、强自主的特点.首先介绍了嫦娥二号卫星的飞行轨道和星上自主变轨控制方案.随后给出了星地大回路的高精度标定技术和高精度轨控的补偿措施,最后给出了在轨飞行试验的验证结果.飞行实验结果表明,嫦娥二号卫星的全方位的轨道控制设计是各阶段任务成功的基础,可作为未来深空探测任务变轨控制的设计参考.

关键词：嫦娥二号转移轨道轨道控制自主控制

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利用轨道瞬时根数预报的离轨制动控制方法

宇航学报 2020年第12期41卷 1533-1543页

作者：龚宇莲何英姿李毛毛李克行北京控制工程研究所北京100190 空间智能控制技术重点实验室北京100190

针对再入飞行器离轨制动问题,在考虑地球引力J2项摄动及有限推力影响下,设计了一种航天器自主离轨制动控制算法。该算法根据再入点状态约束,确定了离轨过渡轨道的平均轨道根数及其与离轨待命轨道平均轨道根数的关系,从而得到制动参数初... 详细信息

针对再入飞行器离轨制动问题,在考虑地球引力J2项摄动及有限推力影响下,设计了一种航天器自主离轨制动控制算法。该算法根据再入点状态约束,确定了离轨过渡轨道的平均轨道根数及其与离轨待命轨道平均轨道根数的关系,从而得到制动参数初值。通过在线数值递推轨迹,实时预报再入点瞬时轨道根数并计算再入点航迹倾角,当预报的航迹倾角满足约束条件时结束制动,并根据再入点纬度幅角误差修正制动起始点,从而修正制动参数。制动过程中,在考虑了J2项摄动影响下实时预报再入点瞬时轨道根数,依据实际任务需求确定关机时机。最后通过考虑初始状态误差、质量误差、推力误差以及姿态误差情况下的蒙特卡洛打靶仿真,分析了不同关机策略的落点散布特性,检验了该算法的自主决策和高精度再入点控制能力。

关键词：离轨制动自主决策瞬时轨道根数预报

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应用改进果蝇优化算法的月面巡视器路径规划

中国空间科学技术 2014年第5期34卷 87-93页

作者：毛正阳方群李克行张传鑫西北工业大学航天学院航天飞行动力学技术重点实验室西安710072 空间智能控制技术国家重点实验室北京100190 上海微小卫星工程中心上海201203

文章针对果蝇优化算法易陷入局部最优的问题,对果蝇算法中的味道浓度判定值进行改进,并将其用于月球探测巡视器的动态路径规划。为验证算法的有效性,将改进果蝇优化算法与粒子群优化算法的路径规划寻优特性进行了仿真对比分析,结果表明... 详细信息

文章针对果蝇优化算法易陷入局部最优的问题,对果蝇算法中的味道浓度判定值进行改进,并将其用于月球探测巡视器的动态路径规划。为验证算法的有效性,将改进果蝇优化算法与粒子群优化算法的路径规划寻优特性进行了仿真对比分析,结果表明改进果蝇优化算法具有良好的实时性,并有效解决了算法易陷入局部最优的问题。考虑到月球探测巡视器在沿规划路径进行月面巡视的过程中,有可能遇到未知障碍物的情况,提出了动态环境下月球巡视器遇到未知静态障碍物的避障策略。

关键词：粒子群算法局部最优果蝇优化算法动态路径规划月球探测

一类小波基函数的构造及其在测量数据处理中的应用探讨

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测绘科学 2007年第3期32卷 9-11页

作者：郑作亚卢秀山李克行山东科技大学基础地理信息与数字化省重点实验室北京控制工程研究所北京100080

Shannon函数有很好的滤波性能,但向两端衰减速度缓慢;Gauss“窗”函数有很好的控制小波衰减的特性,但其低通滤波效果较差。根据这两个函数各自的优点构造了一类新的小波基函数,分别为满足低通的父小波和带通的一阶、二阶母小波,讨论了... 详细信息

Shannon函数有很好的滤波性能,但向两端衰减速度缓慢;Gauss“窗”函数有很好的控制小波衰减的特性,但其低通滤波效果较差。根据这两个函数各自的优点构造了一类新的小波基函数,分别为满足低通的父小波和带通的一阶、二阶母小波,讨论了它们的正交性、完备性和紧支集性等性质,以GPS资料为例,分析其信号平滑和压缩效应、边缘效应和奇异点检测,得出一些有益的结论,为大地测量数据处理提供一种小波分析方法。

关键词：小波分析 Shannon函数 Gauss函数滤波器伸缩因子