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频域互相关的间接飞行时间相机深度图配准

空间控制技术与应用 2024年第2期50卷 30-37页

作者：刘佳鑫关新田启航李林北京控制工程研究所空间光电测量与感知实验室北京100094 空间智能控制技术全国重点实验室北京100094

由于间接飞行时间(indirect time-of-flight,iTOF)相机存在空间非均匀性照明的问题,在进行深度图平移配准时,会导致像平面外围区域的测量深度误差较大,影响后续深度配准的准确性.为解决该问题导致的错配情况,提出一种加掩码的频域归一... 详细信息

由于间接飞行时间(indirect time-of-flight,iTOF)相机存在空间非均匀性照明的问题,在进行深度图平移配准时,会导致像平面外围区域的测量深度误差较大,影响后续深度配准的准确性.为解决该问题导致的错配情况,提出一种加掩码的频域归一化互相关(normalization cross-correlation,NCC)深度配准方法.对和待配准深度图同一帧的灰度图进行加掩码处理,将非均匀区域掩蔽,然后使用频域的NCC方法进行配准,最后用配准得到的平移向量对两幅对应帧的深度图进行叠加,完成深度配准.该方法在4%的尺度缩放范围内,可以实现正确配准,水平方向的像素相对误差可以达到1.97%,垂直方向像素相对误差可以达到1.74%,且误差符合正态分布.该配准方法具有稳定性和可靠性,可以解决由非均匀性照明引起的深度错配问题.

关键词：间接飞行时间原理非均匀性照明互相关深度配准

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基于自适应UKF的卫星星座自主导航方法

北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2655-2666页

作者：王栋杨静熊凯北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 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

针对卫星星座自主导航系统中存在的模型不确定性及难以准确获取的时变系统噪声统计特性影响导航精度的问题,提出了一种系统噪声在线自适应调整的UKF算法。基于所提出的自适应UKF算法设计了一种基于星间相对测量的卫星星座自主导航方法,... 详细信息

针对卫星星座自主导航系统中存在的模型不确定性及难以准确获取的时变系统噪声统计特性影响导航精度的问题,提出了一种系统噪声在线自适应调整的UKF算法。基于所提出的自适应UKF算法设计了一种基于星间相对测量的卫星星座自主导航方法,该方法结合奇异值分解和比例修正的采样策略,解决了应用UKF时易出现状态误差方差阵丧失正定性而导致的Cholesky分解无法进行的问题。通过在低轨区域星座和中轨全球星座上的仿真实验,验证了该算法在提高滤波精度以及改善状态估计置信度方面的有效性,所提算法的定轨精度优于EKF算法、自适应EKF算法以及基于对称采样策略的UKF算法。采用CRLB分析法对导航算法的估计性能进行了分析验证。

关键词：星座自主导航 EKF UKF 自适应滤波 CRLB

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大气制动的制导、导航与控制方案综述

宇航学报 2024年第4期45卷 499-512页

作者：刘旭董峰徐超黄翔宇李爽南昌大学信息工程学院南昌330031 南京航空航天大学航天学院南京210016 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

大气制动借助行星大气阻力实现减速变轨,节约燃料的同时也存在诸多风险。面向金星和火星探测对大气制动技术的需求,综述了大气制动任务的基本流程和共性特征。同时,总结了相关的制导、导航与控制(GNC)方案和技术要点,并介绍了自主大气... 详细信息

大气制动借助行星大气阻力实现减速变轨,节约燃料的同时也存在诸多风险。面向金星和火星探测对大气制动技术的需求,综述了大气制动任务的基本流程和共性特征。同时,总结了相关的制导、导航与控制(GNC)方案和技术要点,并介绍了自主大气制动软件的研制情况。调研和分析内容将为金星和火星探测的总体方案设计以及GNC系统研制提供参考。

关键词：大气制动制导、导航与控制金星探测火星探测

基于异构图注意力的工业设备故障诊断知识图谱补全方法

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中国科学：信息科学 2024年第2期54卷 354-372页

作者：马亚杰刘洋姜斌冒泽慧刘剑慰刘文静南京航空航天大学自动化学院南京211106 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

针对工业设备故障诊断知识图谱故障实体属性残缺、故障关系链接缺失的问题,本文提出了一种基于知识图谱异构图注意力网络(knowledge graph heterogeneous graph attention network, KGHAN)模型的工业设备故障诊断知识图谱补全方法,通过... 详细信息

针对工业设备故障诊断知识图谱故障实体属性残缺、故障关系链接缺失的问题,本文提出了一种基于知识图谱异构图注意力网络(knowledge graph heterogeneous graph attention network, KGHAN)模型的工业设备故障诊断知识图谱补全方法,通过对故障实体概念补全和故障关系链接补全完善了工业设备故障诊断知识图谱.所提KGHAN模型在异构图注意力网络模型的基础上,融合了故障知识结构信息和故障图结构信息,有效地表征了故障实体和故障关系的嵌入表示,提高了故障实体概念补全任务的准确率和故障关系链接补全任务的命中率.将所提工业设备故障诊断知识图谱补全方法应用在国内某企业的工业设备故障运维数据上,结果表明,故障实体概念补全任务的准确率提高了约10%,故障关系链接补全任务的命中率提高了约37%,验证了方法的有效性.

关键词：知识图谱补全知识图谱图神经网络故障诊断工业设备

基于新型非线性函数的动能拦截器自抗扰姿态跟踪控制

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空间控制技术与应用 2024年第4期50卷 55-65页

作者：张亮鄢杰张哲黄盘兴中山大学深圳518107 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

针对动能拦截器在开展空间拦截任务时,对姿态控制系统快速性、准确性和鲁棒性的极高要求,提出了一种新型自抗扰控制方法.建立了动能拦截器姿态动力学模型,并将其转换为姿态跟踪误差二阶状态方程;基于自抗扰控制器中小误差大增益、大误... 详细信息

针对动能拦截器在开展空间拦截任务时,对姿态控制系统快速性、准确性和鲁棒性的极高要求,提出了一种新型自抗扰控制方法.建立了动能拦截器姿态动力学模型,并将其转换为姿态跟踪误差二阶状态方程;基于自抗扰控制器中小误差大增益、大误差小增益的思想,设计了一种新型的非线性函数;基于该非线性函数,设计了一种新型的跟踪微分器,并且优化了扩张状态观测器和非线性控制器.将指定时间收敛的预设性能函数作为跟踪微分器的期望信号,可实现姿态误差按照预设性能函数收敛到期望值,且收敛时间可预先确定.利用伪速率(pseudo rate,PSR)脉冲调制器对连续控制力矩进行脉冲调制.数值仿真结果表明本文设计的控制方法具有较高的姿态控制精度,在面临环境扰动时具有较好的鲁棒性.

关键词：动能拦截器非线性函数自抗扰控制脉冲调制器

空间包络式抓捕机构非接触/接触一体化导纳控制

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宇航学报 2024年第1期45卷 91-100页

作者：刘磊张涛空间智能控制技术全国重点实验室北京100094 清华大学自动化系北京100084

研究了一种具有闭环约束的空间包络式抓捕机构运动建模和非接触与接触一体化导纳控制。该抓捕机构具有可控的包络结构,能够通过与非合作目标发生多点多次接触,实现柔顺捕获。给出了空间包络式抓捕机构显式的动力学模型和接触模型。设计... 详细信息

研究了一种具有闭环约束的空间包络式抓捕机构运动建模和非接触与接触一体化导纳控制。该抓捕机构具有可控的包络结构,能够通过与非合作目标发生多点多次接触,实现柔顺捕获。给出了空间包络式抓捕机构显式的动力学模型和接触模型。设计了具有统一形式的非接触与接触导纳控制策略。该策略在机器人接近目标过程中采用非接触式导纳控制,以降低机械臂与目标物体首次碰撞的接触力,在捕获目标过程中采用接触式导纳控制,减少碰撞次数,获得更大的夹持接触力。数值仿真展示了控制策略的有效性。

关键词：空间抓捕机构导纳控制非接触导纳控制非合作目标捕获

低轨星座传感器资源调度的自主任务规划建模方法

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空间控制技术与应用 2024年第4期50卷 9-16页

作者：王淑一黄盘兴雷冰瑶夏维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 合肥工业大学合肥230009

低轨星座传感器资源的优化调度是复杂多约束下的任务规划问题,为了满足多个运动目标全程跟踪与监视的资源实时优化调度需求,提出一种星上自主快速求解的规划模型.在对自主任务规划问题进行详细建模的基础上,考虑各项约束条件与优化因素... 详细信息

低轨星座传感器资源的优化调度是复杂多约束下的任务规划问题,为了满足多个运动目标全程跟踪与监视的资源实时优化调度需求,提出一种星上自主快速求解的规划模型.在对自主任务规划问题进行详细建模的基础上,考虑各项约束条件与优化因素,将原问题转化成简易的0-1线性整数规划模型,并构建多目标跟踪试验场景对所提方法进行了仿真验证.仿真结果表明,基于简易规划模型的资源调度可实现多目标的全程跟踪与监视.

关键词：低轨星座传感器资源调度自主任务规划线性整数规划模型

深空探测中考虑乘性噪声影响的自主导航滤波算法设计

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系统工程与电子技术 2024年

作者：卢山张世源侯月阳张晓彤李晴上海航天控制技术研究所上海市空间智能控制技术重点实验室

针对深空探测任务中航天器的状态估计问题，考虑到基于光学相机的自主导航系统在建立观测方程时所使用的坐标系转换矩阵含有星敏感器引入的测量噪声，该噪声与量测状态相互耦合，属于乘性噪声，建立了带有乘性噪声的光学自主导航系统模... 详细信息

针对深空探测任务中航天器的状态估计问题，考虑到基于光学相机的自主导航系统在建立观测方程时所使用的坐标系转换矩阵含有星敏感器引入的测量噪声，该噪声与量测状态相互耦合，属于乘性噪声，建立了带有乘性噪声的光学自主导航系统模型。针对系统存在乘性噪声时，仅适用于处理加性噪声的传统滤波器估计误差增大的问题，将乘性噪声矩阵引入高斯滤波算法的递推公式进行推导，并结合混合阶球面单形-径向容积卡尔曼滤波器（MSSRCKF）的数值积分方法，提出了混合阶容积-乘性卡尔曼滤波器（MC-MKF）。该滤波器能够对由星敏感器引入观测方程的高斯以及非高斯乘性噪声进行处理，在不增加计算复杂度的情况下提升滤波器的估计精度。最后，将MC-MKF应用于自主导航系统模型，并与MSSRCKF进行比较分析。仿真结果表明，当系统存在乘性噪声时，MC-MKF的估计精度明显优于MSSRCKF，且计算量与MSSRCKF基本一致。

关键词：深空探测光学自主导航乘性噪声非线性滤波

基于非线性色散方程组的全柔性航天器的动力学分析

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空间控制技术与应用 2024年第4期50卷 26-36页

作者：袁泉魏春岭张军万强邹奎王梦菲中国空间技术研究院杭州中心杭州310024 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

空间太阳能电站等大型结构由于采用轻质材料且结构尺寸大,呈全柔性状态,即不存在刚性构架,使得传统的中心刚体附加截断模态的方法在处理动力学问题时会出现显著的误差.从连续空间的角度对空间太阳能电站的动力学性质进行分析,以确定不... 详细信息

空间太阳能电站等大型结构由于采用轻质材料且结构尺寸大,呈全柔性状态,即不存在刚性构架,使得传统的中心刚体附加截断模态的方法在处理动力学问题时会出现显著的误差.从连续空间的角度对空间太阳能电站的动力学性质进行分析,以确定不同条件下起主导作用的动力学行为,为控制系统设计提供足够准确的模型简化原则.将空间太阳能电站看作平面内运动的自由边界非线性梁,根据Hamilton原理得到描述局部弹性运动与全局刚性运动的动力学模型.分析小变形情形下动力学方程在给定初始条件下的稳态解及其渐进性,讨论模态解或考虑了波动效应的色散解与结构尺寸、刚度等参数的关系,初步分析有限变形情形下可能出现的动力学行为,如动力刚化、非线性正规模态和孤立子解.总结空间太阳能电站在不同结构参数或运动条件下的动力学模型简化原则.对关键要素分析结果进行数值仿真,以此验证了理论分析结果.

关键词：柔性航天器大范围自由运动动力刚化色散性简化模型