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基于小样本数据增强的航天器表面损伤智能检测方法

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上海航天（中英文） 2024年第3期41卷 150-158,175页

作者：刘纯武方青云王兆魁清华大学航天航空学院北京100084

在轨运行的航天器表面形成损伤有可能导致严重的后果,需要对航天器进行在轨实时损伤检测。针对航天器损伤检测图像样本难以获取的问题,本文采用智能化检测方法,提出了一种用于航天器表面损伤样本扩充的生成对抗网络,该网络能够学习单张... 详细信息

在轨运行的航天器表面形成损伤有可能导致严重的后果,需要对航天器进行在轨实时损伤检测。针对航天器损伤检测图像样本难以获取的问题,本文采用智能化检测方法,提出了一种用于航天器表面损伤样本扩充的生成对抗网络,该网络能够学习单张输入图像的特征纹理表示,从而生成大量与输入图像特征相似的细粒度尺度样本,实现了少量图像数据样本的扩充。利用YOLO目标检测算法在扩充的图像样本中进行表面缺陷与损伤的检测识别,获取了较高的检测精度,为未来航天器健康状态监测与评估、通用化服务机器人应用及太空原位建设等提供了技术支撑。

关键词：智能化检测样本扩充生成对抗网络目标检测损伤检测

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智能人机交互在有人太空探索中的应用与展望

上海航天（中英文） 2024年第1期41卷 1-10页

作者：王兆魁孟庆良刘纯武清华大学航天航空学院北京100084

近年来,空间机器人技术发展迅速,国内外已有诸多空间站机器人、深空探测机器人的应用实例。未来有人太空探索过程当中,人与众多智能机器人协同开展任务将成为必然趋势。对国内外空间协作机器人应用实例进行了总结,在分析人机协作机制的... 详细信息

近年来,空间机器人技术发展迅速,国内外已有诸多空间站机器人、深空探测机器人的应用实例。未来有人太空探索过程当中,人与众多智能机器人协同开展任务将成为必然趋势。对国内外空间协作机器人应用实例进行了总结,在分析人机协作机制的基础上,提出了空间人机交互的关键技术,包含人体检测与跟踪、手势识别与分类、动作识别与意图预测、低重力环境下的人机协同控制等,对上述关键技术的难点与研究进展进行了分析综述,并对后续的发展方向进行了展望。

关键词：空间机器人人机协作人机交互人工智能多模态融合

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地磁测量卫星探测技术前沿研究进展

国际太空 2024年第1期 56-63页

作者：刘建宏文谦王兆魁清华大学航天航空学院

地球磁场与地球上的生命体息息相关,不仅保护了地球免受太阳风侵蚀,而且在现代工程应用中扮演着至关重要的角色。人们对地磁场进行探索已有漫长的历史,自20世纪以来发展的地磁测量卫星(简称磁测卫星),成为当今探测地磁场的主要工具,具... 详细信息

地球磁场与地球上的生命体息息相关,不仅保护了地球免受太阳风侵蚀,而且在现代工程应用中扮演着至关重要的角色。人们对地磁场进行探索已有漫长的历史,自20世纪以来发展的地磁测量卫星(简称磁测卫星),成为当今探测地磁场的主要工具,具备全球覆盖、全天候、实时性的磁测优势。磁测卫星从最初的单星单点低轨磁场标量测绘,演变至多点同源小尺度三维特征的精密探测,为相关学科和实际工程应用的发展作出了巨大的贡献。

关键词：地磁测量地磁场磁测卫星太阳风地球磁场卫星探测全球覆盖三维特征

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成像卫星在轨智能处理技术研究进展

宇航学报 2022年第3期43卷 259-270页

作者：王兆魁方青云韩大鹏清华大学航天航空学院北京100084

从成像卫星在轨智能处理技术的重要性出发,分析了现阶段国内外研究现状,并总结了星上计算资源受限、实时性要求高、缺少大规模数据集、空间环境特殊性等在轨智能面临的主要挑战。针对问题,系统总结了智能算法、硬件平台和优化技术三个... 详细信息

从成像卫星在轨智能处理技术的重要性出发,分析了现阶段国内外研究现状,并总结了星上计算资源受限、实时性要求高、缺少大规模数据集、空间环境特殊性等在轨智能面临的主要挑战。针对问题,系统总结了智能算法、硬件平台和优化技术三个方面的相关技术,其中对于遥感目标智能检测算法,详细描述了数据集、模型架构、实时性等多个方面。最后,对成像卫星在轨智能处理技术未来发展进行了展望。

关键词：人工智能在轨实现优化技术目标检测

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用于微低重力模拟装置的主动补偿控制方法

载人航天 2023年第1期29卷 16-21页

作者：权宇超兰超韩大鹏王兆魁福州大学机械工程及自动化学院福州350116 清华大学航天航空学院北京100084

针对一类微低重力模拟装置因惯性力和弹簧重力导致模拟精度受限的问题,研究采用主动补偿装置改善模拟精度的控制方法。基于势能守恒原理和第二类Lagrange方程建立了考虑弹簧重力的动力学模型,采用三阶观测器对模拟装置内的关节速度、加... 详细信息

针对一类微低重力模拟装置因惯性力和弹簧重力导致模拟精度受限的问题,研究采用主动补偿装置改善模拟精度的控制方法。基于势能守恒原理和第二类Lagrange方程建立了考虑弹簧重力的动力学模型,采用三阶观测器对模拟装置内的关节速度、加速度进行观测,两者结合给出了弹簧重力及系统惯性力补偿模型。以某微低重力模拟装置为应用对象,在模拟月球重力环境下的跳跃试验中验证补偿策略的有效性。试验结果表明:该补偿方法能够有效提高微低重力模拟装置运动过程中的失重模拟精度。

关键词：势能守恒动力学建模三阶观测器主动补偿月面跳跃模拟

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内编队中残余气体对内卫星的干扰分析和计算

中国科学：技术科学 2012年第9期42卷 997-1003页

作者：谷振丰王兆魁张育林清华大学航天航空学院北京100084

在内编队系统中,内卫星在外卫星的封闭腔体内自由飞行,其轨道是纯引力轨道.由于腔体内温度的不均匀和内卫星与腔体的相对运动,腔体内的残余气体对内卫星产生干扰作用.本文基于自由分子流理论推导了残余气体分子对内卫星的干扰作用表达式... 详细信息

在内编队系统中,内卫星在外卫星的封闭腔体内自由飞行,其轨道是纯引力轨道.由于腔体内温度的不均匀和内卫星与腔体的相对运动,腔体内的残余气体对内卫星产生干扰作用.本文基于自由分子流理论推导了残余气体分子对内卫星的干扰作用表达式,包含了辐射计效应、气体阻尼作用.同时,对腔体和内卫星构成的系统进行传热分析,得到了腔体内壁和内卫星表面的温度分布;对内编队保持控制进行仿真,得到了内卫星的相对运动速度.根据较为真实的温度分布和相对运动速度,计算了内卫星受到的残余气体作用力.计算结果表明,在内编队当前设计下,辐射计效应量级为1011ms2,气体阻尼量级为1015ms2,残余气体的干扰作用主要表现为辐射计效应.

关键词：内编队内卫星残余气体辐射计效应阻尼作用

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基于合作博弈的智能集群自主聚集策略

国防科技大学学报 2017年第2期39卷 146-151页

作者：王训王兆魁张育林国防科技大学航天科学与工程学院湖南长沙410073 清华大学航天航空学院北京100084

以无人车集群系统协同监视再入体着靶过程为任务背景,开展智能集群自组织策略相关技术研究。设计无人车集群执行再入体着靶协同监视的集群行为模式;针对协同监视过程中的集群聚集行为,提出基于合作博弈的智能集群自主聚集策略。各智能... 详细信息

以无人车集群系统协同监视再入体着靶过程为任务背景,开展智能集群自组织策略相关技术研究。设计无人车集群执行再入体着靶协同监视的集群行为模式;针对协同监视过程中的集群聚集行为,提出基于合作博弈的智能集群自主聚集策略。各智能体以实现群体聚集为"合作目标",以降低自身能量消耗为"竞争目标",开展博弈;基于微粒群算法规划局部路径,最终使群体系统涌现出聚集行为。仿真实验验证了设计的自主聚集策略的有效性。

关键词：智能集群无人车再入体合作博弈自主聚集

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推力方向受限条件下的编队构型变结构控制

宇航学报 2009年第2期30卷 572-578,679页

作者：王兆魁张育林清华大学宇航技术研究中心北京100084

精密构型保持控制是编队飞行的关键技术,滑模变结构控制方法是实现近地轨道紧密编队鲁棒控制的有效方法。编队动力学系统在缺少径向控制输入情况下,仍是可控的。针对这一特性,进行了推力方向受限条件的编队构型变结构控制。提出了利用... 详细信息

精密构型保持控制是编队飞行的关键技术,滑模变结构控制方法是实现近地轨道紧密编队鲁棒控制的有效方法。编队动力学系统在缺少径向控制输入情况下,仍是可控的。针对这一特性,进行了推力方向受限条件的编队构型变结构控制。提出了利用保性能控制原理的鲁棒的滑动面设计方法,实现了模型不确定不匹配系统的变结构控制,结合J2摄动力和编队状态的关系式,解决了缺少径向控制情况下编队构型控制系统模型不确定和干扰不匹配问题。仿真结果表明,所提方法可以实现无轨道径向推力编队构型保持的鲁棒控制。

关键词：编队飞行构型保持变结构控制不匹配不确定

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中国人—地—粮复合系统适配性评价及影响

地理学报 2024年第3期79卷 779-799页

作者：王兆峰张先甜湖南师范大学旅游学院长沙410081

人—地—粮适配性发展是关乎国计民生的重大问题,亦是反映区域粮食安全可持续发展的重点议题。本文对2004—2020年中国人—地—粮复合系统适配性进行评价,运用空间变差函数、马尔科夫链、GTWR模型等揭示其时空动态特征与影响因素。研究... 详细信息

人—地—粮适配性发展是关乎国计民生的重大问题,亦是反映区域粮食安全可持续发展的重点议题。本文对2004—2020年中国人—地—粮复合系统适配性进行评价,运用空间变差函数、马尔科夫链、GTWR模型等揭示其时空动态特征与影响因素。研究结果表明:(1) 2004—2020年中国人—地—粮复合系统适配水平在波动变化中总体呈缓慢增长态势;2004—2014年适配水平具有“粮食主产区>粮食主销区>产销平衡区”的特征,2014年后主销区连年下降,跌至第3。(2)适配水平空间差异逐渐变大,空间相关性因素成为空间变异的主导因素,东北—西南方向上的空间变异程度持续强化且具有明显的迁移特征。(3)动态演化特征下,系统适配类型具有“路径依赖”与“自身锁定”效应,邻域背景在其动态变化过程中起着重要作用,即越与适配水平较高的区域邻接,其向上级类型区转移的概率越大,反之亦然。(4)适配性受农户资本状况、产业结构、种植结构、政府支农力度及国际贸易水平的共同作用,且各因素的影响效果存在显著时空异质性,其中,产业结构调整能够有效促进粮食主产区适配发展,种植结构调整、国际贸易水平的正向效应主要表现在粮食主销区,而财政支农的正向作用力随时间递增。

关键词：粮食安全人—地—粮适配性影响因素粮食功能区中国