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在轨集群操控关键技术研究进展与展望

宇航学报 2023年第6期44卷 817-828页

作者：岳程斐陆浪吴云华曹启鹏曹喜滨哈尔滨工业大学(深圳)空间科学与应用技术研究院深圳518055 南京航空航天大学航天学院南京210016 航天东方红卫星有限公司北京100094 哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150001

对在轨集群操控任务计划相关研究成果进行了综述,并聚焦于在轨集群操控中的集群航天器型谱化设计、群体行为建模与智能涌现、集群自组网、集群智能感知、集群自主任务规划与分布式自主协同控制等关键技术,分别对这些关键技术进行了系统... 详细信息

对在轨集群操控任务计划相关研究成果进行了综述,并聚焦于在轨集群操控中的集群航天器型谱化设计、群体行为建模与智能涌现、集群自组网、集群智能感知、集群自主任务规划与分布式自主协同控制等关键技术,分别对这些关键技术进行了系统梳理与分类阐述,总结了其发展趋势;提出了一套面向大型空间设施在轨建造的集群操控体系能力框架。有望为未来大型空间设施在轨建造及集群操控发展提供借鉴和参考。

关键词：集群操控航天器型谱设计集群感知任务规划分布式协同控制

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混合空间目标下的多航天器抵近观测任务规划

宇航学报 2023年第12期44卷 1871-1882页

作者：李传江闫慧达郭延宁耿远卓叶睿卿哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 北京控制工程研究所北京100094

研究了服务航天器对多个空间目标的抵近观测任务规划问题,并考虑了高价值航天器、普通航天器以及失效航天器或空间碎片3类待观测目标。通过构建合理的评价体系,对目标观测的任务方案进行评分。建立了综合观测目标数量、观测目标类型、... 详细信息

研究了服务航天器对多个空间目标的抵近观测任务规划问题,并考虑了高价值航天器、普通航天器以及失效航天器或空间碎片3类待观测目标。通过构建合理的评价体系,对目标观测的任务方案进行评分。建立了综合观测目标数量、观测目标类型、燃料消耗、单次点火速度增量以及任务时长的多约束优化模型,涉及的优化变量包括目标分配向量、观测次序向量以及观测时刻向量。服务航天器通过一种四脉冲机动策略抵近每个目标。采用进化算法求解规划问题,并提出一种基于动态规划(DP)的局部搜索策略以优化观测时刻,提升优化效率。最后分别给出了针对单一类型和混合类型空间目标的抵近观测任务规划算例,通过与传统进化算法的求解结果对比,说明了所提出的DP搜索策略的优势。

关键词：多航天器抵近观测混合空间目标任务规划动态规划

强化学习及其在机器人任务规划中的进展与分析

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模式识别与人工智能 2023年第10期36卷 902-917页

作者：张晓明高士杰姚昌瑀褚誉彭硕安徽大学物质科学与信息技术研究院合肥230601

强化学习可以让机器人通过与环境的交互,学习最优的行动策略,是目前机器人领域关注的重要前沿方向之一.文中简述机器人任务规划问题的形式化建模,分析强化学习的主要方法,分别介绍无模型强化学习、基于模型的强化学习和分层强化学习的... 详细信息

强化学习可以让机器人通过与环境的交互,学习最优的行动策略,是目前机器人领域关注的重要前沿方向之一.文中简述机器人任务规划问题的形式化建模,分析强化学习的主要方法,分别介绍无模型强化学习、基于模型的强化学习和分层强化学习的研究进展,着重探讨基于强化学习的机器人任务规划的研究进展,并讨论各种强化学习及其应用情况.最后总结强化学习在机器人应用中面临的问题与挑战,展望未来的研究方向.

关键词：机器人任务规划强化学习无模型强化学习基于模型的强化学习分层强化学习

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空间碎片主动移除任务规划研究综述

控制与决策 2024年第2期39卷 371-380页

作者：许英杰刘晓路贺仁杰左亚辉宋彦杰国防科技大学系统工程学院长沙410073

人类太空探索活动产生的空间碎片已成为太空空间中的主要污染物,并成为人类航天事业发展的重大障碍和威胁,因此,空间碎片主动移除问题引起了国际社会的广泛关注.对此,以空间碎片主动移除任务规划为主题,在对国内外相关文献进行系统分析... 详细信息

人类太空探索活动产生的空间碎片已成为太空空间中的主要污染物,并成为人类航天事业发展的重大障碍和威胁,因此,空间碎片主动移除问题引起了国际社会的广泛关注.对此,以空间碎片主动移除任务规划为主题,在对国内外相关文献进行系统分析的基础上,简要介绍空间碎片主动移除的发展现状;具体描述低地球轨道和地球同步轨道空间碎片主动移除任务规划问题;从目标筛选与分组、访问序列规划和转移轨迹规划3个层次介绍该问题的模型构建技术;按照显性枚举方法、隐形枚举方法和元启发式方法将空间碎片主动移除任务规划方法分类,对当前研究成果进行总结并指出存在的问题;最后,对未来空间碎片主动移除任务规划问题的研究方向进行展望.

关键词：空间碎片服务航天器主动移除任务规划建模技术规划方法

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应急搜索UAV集群协同任务规划策略

电子与信息学报 2022年第1期44卷 187-194页

作者：鲁旭涛智超群张丽娜秦英伟李静王英中北大学机电工程学院太原030051 中北大学信息与通信工程学院太原030051 中北大学电气与控制工程学院太原030051 中北大学能源动力工程学院太原030051

目前应急搜索无人机(UAV)集群存在搜索效率低、覆盖完整性低、多机组网稳定性差等问题。对此,该文提出一种基于优化模糊C聚类算法(O-FCMA)结合优化混合粒子群算法(O-HPSO)的终端-路由UAV区域搜索任务规划策略。以UAV监测区域范围为基础... 详细信息

目前应急搜索无人机(UAV)集群存在搜索效率低、覆盖完整性低、多机组网稳定性差等问题。对此,该文提出一种基于优化模糊C聚类算法(O-FCMA)结合优化混合粒子群算法(O-HPSO)的终端-路由UAV区域搜索任务规划策略。以UAV监测区域范围为基础,通过建立搜索区域的空间模型,进一步运用O-FCMA进行区域几何划分,并采用O-HPSO实现划分区域内的路径规划,以实现多UAV集群搜索总体任务的规划。仿真实验结果表明,采用O-HPSO结合O-FCMA进行无源UAV区域搜索任务较ACO或模拟退火算法结合K聚类算法或FCMA相比,在保证搜索区域全覆盖条件下,有源搜索与无源搜索过程中UAV决策时间分别降低了7%~21%和16%~31%,搜索效率分别提升了7%~13%和3%~7%。结果表明所提方法有效降低了UAV集群的决策时间,提升了搜索效率。

关键词：无人机多机协同任务规划模糊C聚类算法优化混合粒子群算法

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嫦娥五号月面采样遥操作中的关键技术

中国科学：技术科学 2022年第3期52卷 473-488页

作者：刘传凯李剑张天柱刘茜黄泽远张济韬高宇辉于天一张宽常天宇吴杰杨成李贵良邓嘉诚徐楠青冯晓萌北京航天飞行控制中心北京100094 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094 中国科学技术大学信息科学技术学院合肥230026 北京邮电大学自动化学院北京100088

2020年12月17日,嫦娥五号返回器成功返回地面着陆,获取1731 g月壤样品,这标志我国探测工程"绕落回"三步走战略圆满收官.月面采样是采样返回任务的核心环节,是我国首次在月球表面实施的复杂操控类任务.月面采样包括岩心钻探取样和月壤表... 详细信息

2020年12月17日,嫦娥五号返回器成功返回地面着陆,获取1731 g月壤样品,这标志我国探测工程"绕落回"三步走战略圆满收官.月面采样是采样返回任务的核心环节,是我国首次在月球表面实施的复杂操控类任务.月面采样包括岩心钻探取样和月壤表取采样任务两个部分,受制于月面采样任务的复杂性和探测器自主能力的局限性,采样工作在地面遥操作中心的监视、引导与控制下开展.本文在对嫦娥五号月面采样的难点进行分析的基础上,将月面采样遥操作关键技术归纳为采样任务规划、多特征融合视觉定位、机械臂采样最优构型设计和采样虚拟仿真四个方面,并对四个方面技术的发展与研究现状进行综述,结合嫦娥五号任务特点,阐述了四项技术的主要实现途径及其创新性应用特点,分析了各种技术在月面采样任务实施中的关键性支撑作用,评述了其未来发展潜力和应用前景,对我国后续地外天体表面采样任务的实施和遥操作模式的设计具有重要的指导意义.

关键词：嫦娥五号机械臂采样多特征融合定位任务规划机械臂构型设计虚拟仿真技术

基于动态联盟策略的无人机集群在线任务规划方法

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兵工学报 2023年第8期44卷 2207-2223页

作者：王孟阳张栋唐硕许斌赵军民西北工业大学航天学院陕西西安710072 陕西省空天飞行器设计重点实验室陕西西安710072 西北工业大学自动化学院陕西西安710072 西安现代控制技术研究所陕西西安710018

针对复杂战场环境下无人集群任务规划所面临的高动态性、强不确定性以及多约束问题,提出一种基于动态联盟策略的分布式在线任务规划方法。描述无人机集群动态任务规划的典型场景,建立了异构无人机集群的多约束分布式任务规划数学模型;... 详细信息

针对复杂战场环境下无人集群任务规划所面临的高动态性、强不确定性以及多约束问题,提出一种基于动态联盟策略的分布式在线任务规划方法。描述无人机集群动态任务规划的典型场景,建立了异构无人机集群的多约束分布式任务规划数学模型;设计考虑集群动态拓扑约束的任务联盟组建策略,提出耦合Dubins航迹规划的改进蚁群算法,实现多约束强不确定动态任务规划问题的在线求解;构建异构无人机集群察打评一体的任务仿真场景,通过数字仿真以及虚实结合的半实物仿真技术验证所提出的策略和算法的有效性。研究结果表明:所提方法在动态任务规划过程中能够在损失较少任务完成时间的前提下可获得较优的系统效能,对于后续研究工作进一步走向工程化应用具有一定意义。

关键词：无人机集群系统任务联盟任务规划在线算法

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无人机集群任务规划与协同系统架构

兵工学报 2023年第S2期44卷 191-198页

作者：刘大卫翟俊达魏蓝郭牧天林时尧黄品华王晓悦中国兵器科学研究院

针对无人机集群任务规划与协同控制面临的规模可扩展、任务多样化、指控互操作等新需求新挑战，界定了无人机集群任务规划与协同系统架构概念与内涵；从集群拓扑组织方式入手分析了集群任务规划与协同系统架构发展现状；在此基础上，提... 详细信息

针对无人机集群任务规划与协同控制面临的规模可扩展、任务多样化、指控互操作等新需求新挑战，界定了无人机集群任务规划与协同系统架构概念与内涵；从集群拓扑组织方式入手分析了集群任务规划与协同系统架构发展现状；在此基础上，提出了混合式无人机集群任务规划与协同系统架构设计方法，建立了分布式扁平化体系架构总体设计方法、自适应演化与自组织重构机制和事件驱动的协同触发机制。采用层次化设计思想，设计了系统底层控制层、高层控制层、协调层、通信层和人机交互层五层次结构。研究结果表明，相比于现有方法，提出的体系架构和设计方法充分考虑了单体间的组织方式、信息交互模式和互操作等集群间的基础性问题，为无人机集群任务规划与协同系统架构设计提供了理论支撑和设计参考。

关键词：无人机集群任务规划协同系统体系架构

基于任务效用最大化的多雷达协同任务规划算法

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雷达学报（中英文） 2023年第3期12卷 550-562页

作者：袁野杨剑刘辛雨易伟孔令讲电子科技大学信息与通信工程学院成都611731 火箭军工程大学导弹工程学院西安710025

该文针对多雷达协同场景下的多任务实时规划问题,提出了一种基于任务效用最大化的多雷达协同在线任务规划模型。该模型以任务效用函数最大化为目标将多雷达协同任务分配建模成一个基于整数规划的多变量混合优化问题;随后提出了启发式穷... 详细信息

该文针对多雷达协同场景下的多任务实时规划问题,提出了一种基于任务效用最大化的多雷达协同在线任务规划模型。该模型以任务效用函数最大化为目标将多雷达协同任务分配建模成一个基于整数规划的多变量混合优化问题;随后提出了启发式穷举搜索算法和基于凸松弛的两步解耦算法,可在多项式时间内完成了该NP难优化问题的求解,且分别在优化性能和计算效率方面有所侧重。仿真实验表明,相比于可找到最优解的穷举搜索算法,该文提出算法可有效降低任务规划问题复杂度,提升问题求解效率,以满足在线任务分配的实时性要求。

关键词：多雷达协同探测任务规划任务效用最优化算法