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深空探测全域轨迹优化设计平台研究与实现

宇航学报 2023年第7期44卷 998-1007页

作者：刘继忠尚海滨刘勇任俊杰葛平王琼王铭实周国栋简抗抗节德刚康焱陈鹏探月与航天工程中心北京100190 深空探测实验室北京100195 北京理工大学宇航学院北京100081 北京航天飞行控制中心北京100094

提出了基于任务定义的深空探测全域轨迹优化设计概念与实现方法。首先,对复杂任务定义、自适应模型库与多环节迭代优化等关键技术进行了详细的阐述。然后,重点讨论了深空探测全域轨迹优化设计软件平台的设计技术与系统实现。最后,基于... 详细信息

提出了基于任务定义的深空探测全域轨迹优化设计概念与实现方法。首先,对复杂任务定义、自适应模型库与多环节迭代优化等关键技术进行了详细的阐述。然后,重点讨论了深空探测全域轨迹优化设计软件平台的设计技术与系统实现。最后,基于该平台丰富的模型库,对嫦娥五号等深空探测任务的全过程飞行轨迹进行了优化设计与对比。研究结果表明,开发的深空探测全域轨迹优化设计软件平台具有复杂任务适应能力强、可拓展性好的特点,可为类似软件系统的研发提供借鉴。

关键词：深空探测飞行轨迹轨迹优化任务定义

深空探测器接近段自主导航的滑动窗口自适应滤波方法

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上海交通大学学报 2022年第11期56卷 1461-1469页

作者：张文佳马辛北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100091

当深空探测器接近目标行星时,由于目标行星引力快速增加,轨道动力学模型会出现较快的加速度变化.由于噪声协方差不完全已知,所以传统的滤波方法无法获得导航参数的最优估计,难以满足接近段导航系统的性能要求.为满足系统高稳定性和高精... 详细信息

当深空探测器接近目标行星时,由于目标行星引力快速增加,轨道动力学模型会出现较快的加速度变化.由于噪声协方差不完全已知,所以传统的滤波方法无法获得导航参数的最优估计,难以满足接近段导航系统的性能要求.为满足系统高稳定性和高精度需求,提出一种基于系统噪声协方差的滑动窗口自适应非线性滤波方法.通过构造系统噪声协方差更新函数,使用滑动窗口对噪声协方差平稳化处理,将速度噪声引起的误差与位置噪声引起的误差隔离开,实时更新所使用的滤波参数信息,自适应调节系统噪声协方差.以火星探测器为例进行仿真,仿真结果表明,相对于传统的无迹卡尔曼滤波方法,该方法获取的位置精度和速度精度分别提高90.97%和66.17%,抑制了系统模型上快速变化的积分误差,并解决传统滤波方法的发散问题.此外,分析了滤波周期和窗口大小对导航性能的影响,为深空探测自主导航提供了一种可行的自适应滤波新方法.

关键词：自适应滤波卡尔曼滤波自主导航深空探测

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深空探测器自主天文导航研究进展

深空探测学报(中英文) 2023年第2期10卷 99-108页

作者：宁晓琳杨雨青房建成吴伟仁北京航空航天大学仪器与光电工程学院北京航空航天大学未来空天技术学院探月与航天工程中心

针对深空探测器自主天文导航的迫切需求，简要介绍了研究现状，总结了其面临的技术问题。针对自主天文导航系统误差来源多且时变的问题，详细阐述了基于扩维滤波和基于差分的误差抑制技术；针对现有自主天文导航方法各有局限性且单独使... 详细信息

针对深空探测器自主天文导航的迫切需求，简要介绍了研究现状，总结了其面临的技术问题。针对自主天文导航系统误差来源多且时变的问题，详细阐述了基于扩维滤波和基于差分的误差抑制技术；针对现有自主天文导航方法各有局限性且单独使用难以满足导航定位要求问题，详细介绍了自主天文组合导航方法。最后对深空探测器自主天文导航方法未来发展趋势进行了展望。

关键词：深空探测自主导航天文导航误差抑制组合导航

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深空探测科技制高点上的新焦点:月球水资源

中国科学院院刊 2024年第5期39卷 899-906页

作者：魏勇林红磊何飞张辉中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

深空探测已经成为科技竞争的制高点。中国探月工程用20年的时间圆满完成“绕、落、回”并升级形成“勘、建、用”的新构想;同时,世界各国的月球探测发展已呈现出常态化和商业化的趋向。月球水资源的探测研究利用引发了各国和航天机构之... 详细信息

深空探测已经成为科技竞争的制高点。中国探月工程用20年的时间圆满完成“绕、落、回”并升级形成“勘、建、用”的新构想;同时,世界各国的月球探测发展已呈现出常态化和商业化的趋向。月球水资源的探测研究利用引发了各国和航天机构之间的广泛兴趣和激烈竞赛,成为科技制高点上的新焦点。月球水能够帮助揭示地月系统乃至太阳系形成演化的关键过程,是行星科学研究的前沿和学科建设的重要着力点;月球水资源的开发能够为未来的深空探测任务提供燃料和保障人类在月球上长期生存,是各国各机构扩展深化国际合作、共同利用地外资源造福人类的必然选择。文章结合月球水资源的探测研究现状和未来发展趋势,分析我国深空探测工程和行星科学学科发展的机遇与挑战,立足我国国情提出抢占科技制高点的对策与建议。

关键词：科技制高点深空探测行星科学月球水资源探月工程四期

深空探测器任务规划认知图谱及多属性约束冲突检测

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深空探测学报（中英文） 2023年第1期10卷 88-96页

作者：柳景兴王彬毛维杨熊新昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明650500 昆明理工大学云南省人工智能重点实验室昆明650500

针对深空探测器任务规划中多子系统协同机制中的多约束问题,提出一种深空探测任务规划认知图谱构架及多属性约束冲突检测方法。采用图表示方法实现任务规划的知识建模,将状态转移图解构为三元组实现任务规划过程中的规则匹配,并基于图... 详细信息

针对深空探测器任务规划中多子系统协同机制中的多约束问题,提出一种深空探测任务规划认知图谱构架及多属性约束冲突检测方法。采用图表示方法实现任务规划的知识建模,将状态转移图解构为三元组实现任务规划过程中的规则匹配,并基于图模型推理方法提出多属性约束冲突检测算法,从而实现多子系统任务规划的认知推理和约束冲突检验。使用不同规模的深空探测任务规划算例对本文方法进行了仿真实验,实验结果显示与遗传算法、传统启发式算法、带约束的启发式算法及进化神经网络算法相比,本文方法可有效缩短规划的求解时间,缩小解空间并且降低内存消耗,有效提升了深空探测任务规划的成功率和可行性。

关键词：深空探测认知图谱图模型自主任务规划多约束检验

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深空探测器相对论导航方法

深空探测学报（中英文） 2023年第2期10卷 140-150页

作者：熊凯魏春岭李连升周鹏北京控制工程研究所空间智能控制技术重点实验室北京100094

在相对论导航系统中,通过毫角秒恒星角距测量装置获取反映恒星光行差和光线引力偏折变化的恒星角距观测量,利用导航滤波器处理观测量,估计深空探测器在惯性空间的位置和速度矢量,以及敏感器的测量基准偏差。建立了面向导航滤波器设计和... 详细信息

在相对论导航系统中,通过毫角秒恒星角距测量装置获取反映恒星光行差和光线引力偏折变化的恒星角距观测量,利用导航滤波器处理观测量,估计深空探测器在惯性空间的位置和速度矢量,以及敏感器的测量基准偏差。建立了面向导航滤波器设计和系统性能分析的状态和观测方程,根据导航系统的克拉美劳下界(Cramer-RaoLowerBound,CRLB)考察了相对论导航方法用于深空探测的可行性,设计了通过导航滤波器自学习提升相对论导航系统性能的策略。仿真研究表明,对于环绕火星运行的深空探测器,在恒星角距测量精度为1mas的情况下,相对论导航方法能达到百米量级的定位精度水平。为相对论导航方法在深空中的应用提供了支持。

关键词：深空探测天文导航相对论效应 Q学习扩展卡尔曼滤波器

深空探测车环境感知与导航定位技术进展与展望

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测绘学报 2021年第11期50卷 1457-1468页

作者：邸凯昌王镓邢琰刘召芹万文辉彭嫚王晔昕刘斌于天一李立春刘传凯中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室北京100101 北京航天飞行控制中心北京100094 北京控制工程研究所北京100094

环境感知与导航定位是深空探测车自动驾驶的核心技术,由于深空环境的特殊性,深空探测车的环境感知与导航定位与地球上汽车自动驾驶的相应技术相比面临独特的挑战。本文从实际工程应用和科研进展两个角度总结了深空探测车环境感知、视觉... 详细信息

环境感知与导航定位是深空探测车自动驾驶的核心技术,由于深空环境的特殊性,深空探测车的环境感知与导航定位与地球上汽车自动驾驶的相应技术相比面临独特的挑战。本文从实际工程应用和科研进展两个角度总结了深空探测车环境感知、视觉定位、路径规划等关键技术的进展,并对未来深空探测车智能感知与长距离导航定位等发展方向进行了探讨与展望。

关键词：深空探测月球车火星车环境感知视觉定位路径规划

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深空探测超宽光谱定标黑体源研制

光子学报 2023年

作者：董惠文张家平练敏隆肖大舟王伟刚鲁越晖物理科学与技术学院宁波大学北京空间机电研究所中国科学院宁波材料技术与工程研究所

深空探测目标是探索宇宙起源、发展和演化、开发利用空间资源及扩展人类生存空间的有效途径，高精度星上定标是深空探测载荷精准探测的关键。本文针对深空探测超宽光谱定标黑体源的关键技术问题，从仿真、关键元件设计、样件检测方法等... 详细信息

深空探测目标是探索宇宙起源、发展和演化、开发利用空间资源及扩展人类生存空间的有效途径，高精度星上定标是深空探测载荷精准探测的关键。本文针对深空探测超宽光谱定标黑体源的关键技术问题，从仿真、关键元件设计、样件检测方法等几个方面开展深入研究。构建了一种基于优化微结构和纳米超黑涂层的深空探测星上黑体定标源，具有超宽光谱范围、高发射率、高温度稳定性等特点，检测结果表明，深空探测超宽光谱定标黑体源的光谱范围为5μm～50μm、法向平均发射率0.986、温度稳定性达到0.16K。该定标黑体源将极大提升高发射率辐射定标源的光谱范围，为深空探测载荷的在轨高精度星上辐射定标提供基础支撑。

关键词：深空探测超宽光谱高发射率 PID控温高稳定性

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深空探测用低温推进剂贮箱热力排气系统研究

宇航学报 2021年第11期42卷 1462-1474页

作者：刘展杨云帆陈虹厉彦忠中国矿业大学力学与土木工程学院徐州221116 航天低温推进剂技术国家重点实验室北京100028 西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

针对低温推进剂长期在轨贮存所面临的贮箱压力升高这一实际问题,热力排气系统(TVS)已被国内外研究学者认为是最具应用前景的贮箱控压方式。通过对国内外不同机构所开展的有关TVS方面的研究进行文献分析,重点梳理了低温贮箱TVS控压实验... 详细信息

针对低温推进剂长期在轨贮存所面临的贮箱压力升高这一实际问题,热力排气系统(TVS)已被国内外研究学者认为是最具应用前景的贮箱控压方式。通过对国内外不同机构所开展的有关TVS方面的研究进行文献分析,重点梳理了低温贮箱TVS控压实验方面的发展脉络;对比分析了不同研究机构所开展的TVS工况设置与运行性能差异;提炼了TVS运行工作过程中的关键技术与相关结论。最后,基于低温推进剂在深空探测中大规模应用的需求,提出了中国在低温推进剂贮箱TVS压力调控方面的发展规划。

关键词：热力排气低温推进剂深空探测压力控制