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非合作目标安全走廊设计及飞越逼近轨迹优化

北京航空航天大学学报 2021年第9期47卷 1832-1840页

作者：王璟贤师鹏陈致钧赵勇白玉铸国防科技大学空天科学学院长沙410073 北京航空航天大学宇航学院北京100083

为提高空间非合作目标近距离逼近轨迹的安全性,同时对接近时间及所消耗燃料进行优化,针对空间失效自旋非合作目标近距离接近问题,给出了失效卫星动态安全走廊,并以飞越逼近方式抵达走廊入口,进一步提出了飞越逼近轨迹优化方法。首先,在... 详细信息

为提高空间非合作目标近距离逼近轨迹的安全性,同时对接近时间及所消耗燃料进行优化,针对空间失效自旋非合作目标近距离接近问题,给出了失效卫星动态安全走廊,并以飞越逼近方式抵达走廊入口,进一步提出了飞越逼近轨迹优化方法。首先,在建立失效卫星自旋模型的基础上,规划了安全区与禁飞区,提出了2种安全走廊的选择依据。其次,采用飞越逼近作为近距离接近方式,以节约燃料和缩短逼近时间为目标对两脉冲机动模型进行优化,选择3种优化算法得到接近轨迹。仿真结果表明:安全走廊的选择与卫星失效自旋的形式、外形以及接口位置有关;在飞越逼近两脉冲机动模型的优化问题中,采用Fgoalattain算法进行优化处理更具优越性。

关键词：非合作目标飞越逼近安全走廊轨迹优化安全接近

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非合作目标自主交会的开关控制

系统工程与电子技术 2017年第6期39卷 1304-1310页

作者：张凯段广仁哈尔滨工业大学控制理论与制导技术研究中心黑龙江哈尔滨150001

针对面向非合作目标的航天器相对轨道动力学系统,研究了基于视线制导的开关控制问题。详细推导了视线相对运动模型,并定性分析了重力差项。基于相平面法,分别独立设计了横向和纵向相对运动通道的开关曲线控制算法。针对横向控制,基于比... 详细信息

针对面向非合作目标的航天器相对轨道动力学系统,研究了基于视线制导的开关控制问题。详细推导了视线相对运动模型,并定性分析了重力差项。基于相平面法,分别独立设计了横向和纵向相对运动通道的开关曲线控制算法。针对横向控制,基于比例导引律设计了开关曲线,并利用李雅普诺夫方法给出了稳定性证明。针对纵向控制,采用双开关曲线,并给出了一种相应的设计方法。数值仿真分析验证了所提出的开关控制方法的有效性。

关键词：自主交会非合作目标视线相对运动开关控制

非合作目标强跟踪容积卡尔曼滤波运动状态估计

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吉林大学学报（工学版） 2021年第4期51卷 1482-1489页

作者：谢少彪张宇温凯瑞张硕刘宗明齐乃明哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150090 上海航天技术研究院上海201109 上海航天控制技术研究所上海201109

针对飞机、卫星等空天非合作目标运动状态估计时,由于视觉系统检测的特征发生变化会导致系统估计误差增大甚至发散等问题,提出了一种强跟踪容积卡尔曼滤波算法(STCKF)。在利用CW方程描述卫星相对运动时,考虑视觉测量系统的偏心安装,在ST... 详细信息

针对飞机、卫星等空天非合作目标运动状态估计时,由于视觉系统检测的特征发生变化会导致系统估计误差增大甚至发散等问题,提出了一种强跟踪容积卡尔曼滤波算法(STCKF)。在利用CW方程描述卫星相对运动时,考虑视觉测量系统的偏心安装,在STCKF预测状态误差协方差阵中引入次优渐消因子,通过在线调整增益,保证残差序列相互正交,使得当系统状态发生突变时仍能保证对系统跟踪的可靠性和稳定性。仿真结果表明,与标准无迹卡尔漫滤波(UKF)和容积卡尔曼滤波(CKF)算法相比,STCKF能够适应目标特征时变的情况,明显改善了目标跟踪的精度和稳定度。

关键词：航天工程与力学强跟踪滤波容积卡尔曼滤波视觉测量非合作目标状态估计

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非合作目标智能感知技术研究进展与展望

中国空间科学技术 2021年第6期41卷 1-16页

作者：牟金震郝晓龙朱文山李爽南京航空航天大学航天学院南京211106 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109 北京跟踪与通信技术研究所北京100094

智能感知是实现航天器在轨精细化操控过程的关键技术,是在轨服务技术智能化的重点发展方向之一。空间目标智能感知包括位姿测量、三维重建与部位识别等关键技术,涉及小样本、多模态、模型适应与高维数据等问题。从工程应用角度出发,对... 详细信息

智能感知是实现航天器在轨精细化操控过程的关键技术,是在轨服务技术智能化的重点发展方向之一。空间目标智能感知包括位姿测量、三维重建与部位识别等关键技术,涉及小样本、多模态、模型适应与高维数据等问题。从工程应用角度出发,对非合作目标智能感知技术的研究现状进行系统的梳理与总结。首先,总结典型非合作在轨感知系统与光学敏感器技术的发展现状;其次,归纳总结了非合作目标智能感知涉及的关键技术;最后,基于研究现状总结和关键技术分析,探讨了非合作目标智能感知目前存在的主要问题,并给出后续发展的建议。

关键词：非合作目标航天器智能智能感知在轨服务位姿估计部位识别

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非合作目标软捕获后的动力学参数无激励

航空学报 2023年

作者：徐升褚明蔺绍奇常睿孙汉旭北京邮电大学现代邮政学院(自动化学院)

针对非合作目标动力学参数的在轨辨识问题，提出一种基于软对接机构状态感知的无激励辨识方法。当非合作目标被捕获后，复合体进入冲量缓冲和卸载阶段，软对接机构则处于无激励运动响应状态。首先，分析搭载软对接机构的主航天器运动学... 详细信息

针对非合作目标动力学参数的在轨辨识问题，提出一种基于软对接机构状态感知的无激励辨识方法。当非合作目标被捕获后，复合体进入冲量缓冲和卸载阶段，软对接机构则处于无激励运动响应状态。首先，分析搭载软对接机构的主航天器运动学，建立包含非合作目标动力学参数的复合体动量方程，进而完成复合体绝对动量增量方程的构建。其次，针对求解动力学参数时存在的奇异问题，设计一种矩阵连续增维的方法实现避奇异求解，并通过矩阵条件数求解完成终止条件度量。最后，仅需在轨感知搭载软对接机构主航天器的广义坐标和广义速度，即可实现非合作目标动力学参数的辨识。数值仿真实验表明，提出的非合作目标动力学参数在轨无激励辨识方法，具有求解速度快、辨识周期短、对基座姿态影响小和辨识精度高的优点。

关键词：绝对动量增量软捕获无激励非合作目标避奇异

非合作目标视觉/惯导相对导航及敏感器自标定方法

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国防科技大学学报 2019年第6期41卷 25-32页

作者：张世杰宁明峰陈健哈尔滨工业大学卫星技术研究所

利用视觉/惯导对空间非合作目标进行相对导航时,两敏感器的外参数对导航精度有较大影响。考虑到敏感器间的外参数标定复杂且耗时,提出一种利用视觉/惯导在估计相对状态过程中对其外参数进行标定的方法。该方法将视觉/惯导的外参数作为... 详细信息

利用视觉/惯导对空间非合作目标进行相对导航时,两敏感器的外参数对导航精度有较大影响。考虑到敏感器间的外参数标定复杂且耗时,提出一种利用视觉/惯导在估计相对状态过程中对其外参数进行标定的方法。该方法将视觉/惯导的外参数作为状态变量,与相对轨道运动学方程、相对姿态方程及惯导模型共同组成系统状态方程。利用该状态方程和单目视觉的观测量设计扩展卡尔曼滤波器对相对位姿、惯导偏差及视觉/惯导外参数进行估计,并通过数学仿真对该方法的有效性进行验证。仿真结果表明,该方法能够在视觉/惯导初始外参有偏差的情况下,有效估计相对位姿及惯导漂移,并对视觉/惯导外参数进行标定。

关键词：非合作目标状态估计视觉/惯导导航敏感器标定

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非合作目标TDLAS室内二氧化碳遥测

仪器仪表学报 2020年第10期41卷 229-236页

作者：李金义樊鸿清余子威田鑫丽宋丽梅天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室天津300387

CO2浓度是室内空气质量的重要指标之一,室内CO2浓度监测对人体健康和节能减排有重要意义。为实现方便灵活的室内CO2高灵敏度遥测,基于可调谐二极管激光吸收光谱技术,研制了单端式非合作目标遥测系统,通过接收对面实际障碍物的后向散射光... 详细信息

CO2浓度是室内空气质量的重要指标之一,室内CO2浓度监测对人体健康和节能减排有重要意义。为实现方便灵活的室内CO2高灵敏度遥测,基于可调谐二极管激光吸收光谱技术,研制了单端式非合作目标遥测系统,通过接收对面实际障碍物的后向散射光,用于室内CO2浓度的实时测量。通过直流信号归一化波长调制光谱二次谐波信号方法,消除光强变化的影响;利用此信号的过零点间距与谱线压力加宽的关系,校正开放光路中压强变化对浓度测量的影响。以室内墙面为非合作目标对室内CO2浓度进行了测量,结果表明该系统在积分时间5 s时灵敏度1.3×10-6 m,精度2.2×10-6,输出波动12×10-6,单程探测距离可达1.29 m。该系统可用于室内或机舱等密闭空间的CO2浓度监测。

关键词：室内CO2 可调谐二极管激光吸收光谱遥测非合作目标

非合作目标接近与跟踪的低复杂度预设性能控制

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宇航学报 2017年第8期38卷 855-864页

作者：殷泽阳罗建军魏才盛袁建平西北工业大学航天学院西安710072 航天飞行动力技术重点实验室西安710072

针对追踪航天器接近和跟踪非合作目标任务中的相对位姿控制问题,基于预设性能控制理论提出一种低复杂度预设性能控制方法(LCPPC)。该控制方法一方面无需对模型的具体参数(如追踪航天器与非合作目标的质量、惯量参数等)进行先验估计或在... 详细信息

针对追踪航天器接近和跟踪非合作目标任务中的相对位姿控制问题,基于预设性能控制理论提出一种低复杂度预设性能控制方法(LCPPC)。该控制方法一方面无需对模型的具体参数(如追踪航天器与非合作目标的质量、惯量参数等)进行先验估计或在线辨识,另一方面又能预先设计系统的瞬态和稳态性能,保证相对位姿控制系统在存在外部干扰、不确定性和非合作目标不可测机动的条件下仍能满足预先设计的性能要求。仿真结果表明,该控制方法能够在未知系统参数的条件下,实现非合作目标交会任务的快速实时高精度控制。

关键词：预设性能控制非合作目标无模型低复杂度鲁棒控制

微纳卫星与非合作翻滚目标对接的模型预测控制

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宇航学报 2023年第3期44卷 431-442页

作者：赵玲陈丹鹤廖文和郑侃刘婷婷南京理工大学机械工程学院南京210094

针对多约束下微纳卫星与非合作翻滚目标对接过程中的位置跟踪与姿态同步问题,设计了基于模型预测控制(MPC)的对接控制器。首先,考虑动力学耦合问题,建立了六自由度姿轨耦合相对动力学模型。然后,充分考虑了可能存在的实际工程约束,包括... 详细信息

针对多约束下微纳卫星与非合作翻滚目标对接过程中的位置跟踪与姿态同步问题,设计了基于模型预测控制(MPC)的对接控制器。首先,考虑动力学耦合问题,建立了六自由度姿轨耦合相对动力学模型。然后,充分考虑了可能存在的实际工程约束,包括输入饱和约束、移动过程中的速度约束、追踪星光学设备视场约束、安全接近走廊约束等,设计了基于MPC的对接控制器,确保精确完成对接操作的同时尽量减少推进剂消耗以获得最优接近轨迹。最后,仿真结果说明了本文所提出控制策略的有效性和鲁棒性,所设计控制器可以在满足多种约束的基础上,实现微纳卫星对非合作翻滚目标的对接,并对干扰具有鲁棒性。

关键词：微纳卫星非合作目标交会对接多约束模型预测控制