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面向地球背景与空间目标纹理的数据集增强学习方法 被引量:1
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作者 张凡 张泽旭 +2 位作者 宋卓 黄烨飞 袁萌萌 《宇航学报》 北大核心 2025年第7期1456-1466,共11页
针对航天领域深度学习的监督训练数据集难以完全模拟真实地球背景与目标纹理的问题,提出一种基于深度学习的数据增强方法。首先,基于梯度惩罚式Wasserstein生成对抗网络生成虚拟太空背景图像,通过学习原始图像中的地球背景信息并生成相... 针对航天领域深度学习的监督训练数据集难以完全模拟真实地球背景与目标纹理的问题,提出一种基于深度学习的数据增强方法。首先,基于梯度惩罚式Wasserstein生成对抗网络生成虚拟太空背景图像,通过学习原始图像中的地球背景信息并生成相似的虚假纹理,丰富地球纹理变化;同时,训练一种随机化风格迁移网络对数据集的目标表面纹理风格进行随机生成。该网络在保留空间目标结构和图像高维语义信息的基础上,提高目标纹理的多样性。最后,在光照一致性约束下对生成的地球背景和表面纹理风格化的目标进行融合,构建完整的增强图像数据集。对位姿估计网络进行仿真实验;结果表明,利用该方法构建的增强数据集相比原始训练集,网络的位姿计算精度得到显著提升。 展开更多
关键词 空间目标 数据增强 生成对抗网络 风格迁移网络 深度学习
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地外星表探测器着陆-巡视自主导航技术研究进展
2
作者 李茂登 张兴华 +5 位作者 丁运来 范项媛 张兵 徐超 张天柱 杨文飞 《深空探测学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期110-123,M0001,M0002,共16页
结合国内外天体探测工程实践经验,详细分析了地外星表探测与科研任务对自主导航技术的迫切需求。基于这些需求,回顾了月球、火星及小天体探测器在着陆与巡视任务的相关工程实践,并针对这些任务中存在的极端光照干扰、粉尘遮蔽效应、复... 结合国内外天体探测工程实践经验,详细分析了地外星表探测与科研任务对自主导航技术的迫切需求。基于这些需求,回顾了月球、火星及小天体探测器在着陆与巡视任务的相关工程实践,并针对这些任务中存在的极端光照干扰、粉尘遮蔽效应、复杂地貌特征等环境挑战,深入探讨了着陆-巡视自主导航技术的难点。在此基础上,对自主导航涉及的障碍检测、自主定位和轨迹规划等关键技术进行了系统归纳与总结,并展望了地外星表探测器着陆与巡视导航技术的发展趋势。 展开更多
关键词 多源信息融合自主导航 探测器着陆与巡视 障碍检测 自主定位 轨迹规划
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一种面向太阳系边际探测的智能信息处理系统设计
3
作者 丁运来 孙振阳 +3 位作者 何张煜 杜易 王诗良 张天柱 《深空探测学报(中英文)》 北大核心 2025年第5期510-523,共14页
太阳系边际探测任务面临通信时延长、环境复杂、任务周期长等挑战,对探测器的在轨自主数据处理与科学目标识别能力提出了更高要求。为此,设计并实现了一种智能信息处理系统,该系统采用国产高可靠宇航级人工智能(Artificial Intelligence... 太阳系边际探测任务面临通信时延长、环境复杂、任务周期长等挑战,对探测器的在轨自主数据处理与科学目标识别能力提出了更高要求。为此,设计并实现了一种智能信息处理系统,该系统采用国产高可靠宇航级人工智能(Artificial Intelligence,AI)芯片Yulong810A,结合双现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)架构,具备多源信息融合处理、图像预处理与目标检测等核心功能。针对弱光复杂环境下的目标感知难题,系统集成了融合低光照增强模块的轻量级目标检测算法,并引入加权框融合策略,显著提升了检测精度与鲁棒性。软件系统采用分层架构设计,支持上注更新、容错控制与多任务协同处理。测试结果表明,该系统在目标检测准确率、工程参数下传稳定性及中断处理效率等方面表现优异,为太阳系边际探测任务提供了关键的技术支撑。 展开更多
关键词 太阳系边际探测 智能信息处理 目标检测 软件架构设计
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X射线脉冲星导航原理 被引量:60
4
作者 帅平 陈绍龙 +2 位作者 吴一帆 张春青 李明 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期1538-1543,共6页
X射线脉冲星导航是以脉冲星的X射线辐射信号作为信息输入,经过相应的信号和数据处理,为近地轨道、深空和星际空间飞行的航天器提供高精度的位置、速度、时间和姿态等导航信息的实现过程。首先提出了基于X射线脉冲星的卫星自主导航的基... X射线脉冲星导航是以脉冲星的X射线辐射信号作为信息输入,经过相应的信号和数据处理,为近地轨道、深空和星际空间飞行的航天器提供高精度的位置、速度、时间和姿态等导航信息的实现过程。首先提出了基于X射线脉冲星的卫星自主导航的基本框架和实现流程;然后,概述X射线脉冲导航的时空基准,重点研究X射线脉冲星导航定位的测量方程、系统状态方程及其噪声统计特征等数学模型。最后,详细论述卫星自主导航信息处理的鲁棒滤波算法,即经典算法和现代鲁棒滤波算法。从理论方法和工程应用角度,初步论证X射线脉冲星导航的原理可行性和算法可实现性。 展开更多
关键词 自主导航 航天器 X射线脉冲星 导航定位方程 鲁棒滤波算法
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火星进入段自主导航技术研究现状与展望 被引量:32
5
作者 崔平远 于正湜 朱圣英 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期447-456,共10页
基于国际上成功着陆的火星探测任务和未来火星着陆探测技术的发展需求,阐述了火星进入段自主导航的必要性。首先总结了火星进入段自主导航技术的研究现状与发展趋势,随后分析了火星进入段自主导航的特点以及所面临的挑战,并概括了火星... 基于国际上成功着陆的火星探测任务和未来火星着陆探测技术的发展需求,阐述了火星进入段自主导航的必要性。首先总结了火星进入段自主导航技术的研究现状与发展趋势,随后分析了火星进入段自主导航的特点以及所面临的挑战,并概括了火星进入段自主导航所涉及的关键技术。最后对我国未来火星探测任务进入段的自主导航技术发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 火星进入段 自主导航 导航方案 通信黑障
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深空自主导航系统的可观性分析 被引量:29
6
作者 黄翔宇 崔平远 崔祜涛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期332-337,358,共7页
研究了深空自主导航系统的可观性分析。建立了自主导航系统的观测模型,并提出了一种基于位置确定分析和可观性秩条件的导航系统可观性分析方法;该方法克服了直接利用多个导航目标的视线方向、视线角、夹角和图像信息等非线性观测量进行... 研究了深空自主导航系统的可观性分析。建立了自主导航系统的观测模型,并提出了一种基于位置确定分析和可观性秩条件的导航系统可观性分析方法;该方法克服了直接利用多个导航目标的视线方向、视线角、夹角和图像信息等非线性观测量进行导航系统可观性分析的困难。针对观测矩阵的秩无法通过表达式直接确定的问题,给出了基于观测矩阵奇异值分解的导航系统可观性分析方法,并用来分析了几种观测模式对应的导航系统的可观性和轨道参数可观度。可以为在不同轨道段组合不同的敏感器提高轨道的估计精度提供参考。 展开更多
关键词 自主导航 观测模型 非线性系统 可观性分析
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火星精确着陆制导问题分析与展望 被引量:28
7
作者 崔平远 胡海静 朱圣英 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期245-253,共9页
美国火星科学实验室(MSL)任务成功将"好奇"号火星车着陆到火星表面,开创了火星精确着陆探测的新局面。以MSL着陆任务为典型代表,分析了目前火星着陆探测进入、下降和着陆(Entry,Descent and Landing,EDL)过程的制导方案及制... 美国火星科学实验室(MSL)任务成功将"好奇"号火星车着陆到火星表面,开创了火星精确着陆探测的新局面。以MSL着陆任务为典型代表,分析了目前火星着陆探测进入、下降和着陆(Entry,Descent and Landing,EDL)过程的制导方案及制导系统的发展趋势。以在火星高海拔、复杂地形区域定点着陆为潜在工程目标,归纳了火星EDL过程面临的制导主要问题。根据未来制导系统自主性和自适应性的技术需求及潜在工程任务制导面临的问题,提出了火星EDL制导方面需要解决的关键技术,并对其在未来工程中的应用潜力进行了展望。 展开更多
关键词 火星探测 精确着陆 制导方案 火星科学实验室
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鲁棒EKF在脉冲星导航系统中的应用 被引量:7
8
作者 李敏 张迎春 +2 位作者 耿云海 祝宝龙 李化义 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期1305-1315,共11页
针对脉冲星导航系统的滤波问题,传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法存在不能克服系统模型存在不确定性参数以及乘性噪声等缺陷,提出一种鲁棒EKF算法。首先,分析了状态预测误差方程和估计误差方程,利用统计学原理,得到了状态预测方差矩阵和... 针对脉冲星导航系统的滤波问题,传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法存在不能克服系统模型存在不确定性参数以及乘性噪声等缺陷,提出一种鲁棒EKF算法。首先,分析了状态预测误差方程和估计误差方程,利用统计学原理,得到了状态预测方差矩阵和状态估计方差矩阵计算等式。由于系统模型存在不确定性参数,状态预测协方差矩阵和状态估计协方差矩阵无法计算;因此,利用4个重要矩阵不等式,分析并找到预测方差矩阵和状态估计方差矩阵的上界。最后,利用状态估计误差协方差矩阵上界设计状态增益矩阵,使得状态估计协方差矩阵的迹最小。将该算法对脉冲星导航系统进行仿真,仿真结果验证了所提算法的有效性。 展开更多
关键词 脉冲星导航系统 不确定性 非线性滤波 鲁棒扩展卡尔曼滤波(EKF) 估计精度
原文传递
GPS/INS组合导航系统自适应滤波算法与仿真研究 被引量:21
9
作者 黄晓瑞 崔平远 崔祜涛 《飞行力学》 CSCD 2001年第2期69-72,77,共5页
随着组合导航系统应用环境的日趋复杂 ,给噪声统计特性的准确描述带来困难 ,这将造成Kalman滤波器不稳定甚至发散。首先对目前解决此问题常用的自适应滤波方法进行了总结和分析 ,在此基础上 ,给出了基于滤波收敛性判据 ,结合 Sage-Husa... 随着组合导航系统应用环境的日趋复杂 ,给噪声统计特性的准确描述带来困难 ,这将造成Kalman滤波器不稳定甚至发散。首先对目前解决此问题常用的自适应滤波方法进行了总结和分析 ,在此基础上 ,给出了基于滤波收敛性判据 ,结合 Sage-Husa自适应滤波和强跟踪 Kalman滤波的改进自适应滤波算法。最后以 GPS/ INS组合导航系统为例进行了计算机仿真 ,结果表明 :该算法可有效抑制滤波发散 。 展开更多
关键词 全球定位系统 惯性导航系统 GPS/INS组合导航系统 Sage-Husa自适应滤波算法 计算机仿真 滤波发散 抑制 自适应能力 收敛性 强跟踪Kalman滤波
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基于三维地形匹配的月球软着陆导航方法研究 被引量:15
10
作者 崔平远 冯军华 +1 位作者 朱圣英 崔祜涛 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期470-476,共7页
针对月球探测器定点着陆任务的需要,研究了基于三维地形匹配的导航方法。对三维地形匹配问题,将高程方差图局部极值点作为三维地形特征,在构建地形特征之间的相对位置与角度不变量的基础上,提出了基于投票的三维地形匹配策略。针对测量... 针对月球探测器定点着陆任务的需要,研究了基于三维地形匹配的导航方法。对三维地形匹配问题,将高程方差图局部极值点作为三维地形特征,在构建地形特征之间的相对位置与角度不变量的基础上,提出了基于投票的三维地形匹配策略。针对测量噪声统计特性的不确定性,将Sage-Husa噪声估计算子与迭代卡尔曼滤波相结合,通过对测量噪声进行在线估计有效避免滤波精度下降甚至滤波发散的出现。数字仿真结果表明所研究的导航方法能够有效地实现探测器相对位置和姿态的精确估计。 展开更多
关键词 月球软着陆 视觉导航 地形匹配 位姿估计
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考虑跟踪制导的小天体着陆轨迹闭环优化方法 被引量:11
11
作者 胡海静 高艾 +1 位作者 朱圣英 崔平远 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期1384-1390,共7页
针对小天体着陆环境存在参数不确定性及初始状态偏差的特点,提出一种小天体着陆闭环优化方法,实现在节省燃料消耗的同时降低对参数的敏感度。首先,建立小天体着陆动力学模型,分析了燃料最优着陆问题;然后,采用线性二次型调节器设计了反... 针对小天体着陆环境存在参数不确定性及初始状态偏差的特点,提出一种小天体着陆闭环优化方法,实现在节省燃料消耗的同时降低对参数的敏感度。首先,建立小天体着陆动力学模型,分析了燃料最优着陆问题;然后,采用线性二次型调节器设计了反馈制导律,推导闭环敏感度矩阵方程,构造燃料消耗和敏感度加权的性能指标,进而能够通过优化降低小天体着陆过程的敏感度。仿真结果表明,该闭环优化方法能有效降低对参数不确定性和初始状态偏差的敏感度,最终达到提高小天体着陆位置和速度精度的目标。 展开更多
关键词 小天体 精确着陆 不确定性 敏感度 闭环制导
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惯导融合特征匹配的小天体着陆导航算法 被引量:10
12
作者 邵巍 常晓华 +1 位作者 崔平远 崔祜涛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1748-1755,共8页
针对探测器着陆小天体的过程提出了一种基于特征匹配结合惯导信息的探测器自主着陆导航算法。采用PCA-SIFT算法提取绕飞段拍摄小天体图像的特征点,建立特征点数据库,在下降段初期利用特征匹配算法,结合小天体三维模型确定探测器在小天... 针对探测器着陆小天体的过程提出了一种基于特征匹配结合惯导信息的探测器自主着陆导航算法。采用PCA-SIFT算法提取绕飞段拍摄小天体图像的特征点,建立特征点数据库,在下降段初期利用特征匹配算法,结合小天体三维模型确定探测器在小天体固连坐标系中的位置。着陆末端,利用拼接图像作为虚拟导航地图,并选择合适的导航特征点,采用光学/惯性的组合导航方式估计探测器相对着陆点坐标系的6自由度位姿。通过仿真分析了导航的精度及误差影响,验证了该算法的有效性。 展开更多
关键词 自主着陆导航 PCA-SIFT 小天体探测 特征点匹配 信息融合
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序列凸优化的小天体附着轨迹优化 被引量:20
13
作者 刘延杰 朱圣英 崔平远 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期177-183,共7页
针对小天体附着多约束轨迹优化问题,提出一种基于序列凸优化的轨迹优化方法。首先采用内球谐引力场模型对目标小天体附近的不规则引力场进行精确建模,内球谐引力场模型是对经典球谐系数法的改进,形式简单,计算量小,并且克服了经典球谐... 针对小天体附着多约束轨迹优化问题,提出一种基于序列凸优化的轨迹优化方法。首先采用内球谐引力场模型对目标小天体附近的不规则引力场进行精确建模,内球谐引力场模型是对经典球谐系数法的改进,形式简单,计算量小,并且克服了经典球谐系数模型在形状不规则的小天体附近不收敛的问题。对于小天体附着多约束轨迹优化问题,通过约束松弛、线性化、离散化过程,转化为一个可以迭代求解的二阶锥规划问题(SOCP),进而采用内点法进行解算。数学仿真结果显示,优化结果符合各项约束条件,以零速度到达了目标着陆点,且符合燃耗最优的优化目标。利用序列凸优化算法进行小天体附着燃耗最优轨迹设计,推导简便,计算速度快,精度高,具有应用价值。 展开更多
关键词 小天体附着 轨迹优化 内球谐引力场 二阶锥规划 内点法
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导航卫星星载自主轨道预报技术 被引量:11
14
作者 王海红 陈忠贵 +2 位作者 初海彬 武向军 郑晋军 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1019-1026,共8页
全球导航星座自主导航技术对卫星自主轨道预报精度和计算速度提出了新的高要求,结合地面长期轨道预报精度现状和星载计算机性能,提出一种基于地面上注长期电文的卫星自主轨道预报技术。该技术的主要特点有二:首先,充分利用地面上注电文... 全球导航星座自主导航技术对卫星自主轨道预报精度和计算速度提出了新的高要求,结合地面长期轨道预报精度现状和星载计算机性能,提出一种基于地面上注长期电文的卫星自主轨道预报技术。该技术的主要特点有二:首先,充分利用地面上注电文的高精度和高凝练度,可兼顾参考星历的高精度和节省星上存储资源;其次,选用状态转移的星上分析解算法,与地面上行注入、星上存储的方式相比,可大大节约星地上行数据量、星上数据存储量和计算量。通过仿真试验对计算资源、存储资源消耗和预报精度作了统计分析,结果表明,采用该技术进行星上自主轨道预报,计算资源占用少、计算速度快、预报精度高,该技术对于导航星座自主导航总体技术有着重要应用价值。 展开更多
关键词 导航卫星 自主轨道预报 状态转移矩阵
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一种利用星敏感器的航天器自主定位方法 被引量:13
15
作者 杨博 房建成 伍小洁 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2001年第2期26-30,共5页
提出用星敏感器和地平仪测量星光与地平之间的“星光仰角”为观测量 ,用推广卡尔曼滤波方法来实时估计航天器的最佳位置的自主定位方法。分析比较了同时瞄准恒星的个数、星敏感器的精度以及改变采样周期对航天器定位误差的影响。
关键词 自主式导航 地平仪 光敏传感器 航天器 自主定位 星敏感器
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X射线脉冲星导航方法研究综述 被引量:15
16
作者 郑伟 王禹淞 +1 位作者 姜坤 王奕迪 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期19-35,共17页
X射线脉冲星导航技术是一种新兴的、有潜力的航天器自主导航技术。作为导航参考源,脉冲星的自转长期稳定性极佳。因此,X射线脉冲星导航在深空探测、星座自主导航以及时间基准自主维持等领域具有较大优势。首先,对X射线脉冲星导航的背景... X射线脉冲星导航技术是一种新兴的、有潜力的航天器自主导航技术。作为导航参考源,脉冲星的自转长期稳定性极佳。因此,X射线脉冲星导航在深空探测、星座自主导航以及时间基准自主维持等领域具有较大优势。首先,对X射线脉冲星导航的背景意义进行了简要介绍。其次,介绍了X射线脉冲星导航2个方面的关键技术:面向导航的脉冲星数据处理技术以及脉冲星导航理论的研究进展。再次,总结了现有的以及未来可能的X射线脉冲星导航应用体制。最后,展望了X射线脉冲星导航技术的发展趋势,并对全文进行了总结。 展开更多
关键词 X射线脉冲星 脉冲星导航 脉冲星数据处理 导航滤波算法 系统误差补偿
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行星表面非规则陨石坑检测与识别方法 被引量:9
17
作者 于正湜 朱圣英 +1 位作者 马冬梅 崔平远 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期320-326,共7页
针对深空探测任务中行星表面特征检测与识别问题,提出了一种新的行星表面非规则陨石坑检测与识别方法。首先采用基于背景的Hopfield网络实现陨石坑边缘的提取,在对陨石坑边缘多种约束进行分析的基础上,提出了伪边缘剔除方法,并结合线性... 针对深空探测任务中行星表面特征检测与识别问题,提出了一种新的行星表面非规则陨石坑检测与识别方法。首先采用基于背景的Hopfield网络实现陨石坑边缘的提取,在对陨石坑边缘多种约束进行分析的基础上,提出了伪边缘剔除方法,并结合线性抗差估计理论与最小误差中值椭圆拟合方法,实现了对非规则陨石坑,特别是重叠及不完整陨石坑的检测及特征参数的提取。通过对行星表面光学图像的数学仿真验证了该方法能够对复杂背景下的非规则陨石坑进行有效的检测与识别。 展开更多
关键词 陨石坑检测 基于背景的Hopfield网络(CHNN) 多约束 抗差线性估计 最小误差中值椭圆
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应用灰度特征的行星陨石坑自主检测方法与着陆导航研究 被引量:11
18
作者 陈建清 朱圣英 +1 位作者 崔祜涛 崔平远 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期908-915,共8页
针对陨石坑阴影不明显的行星着陆导航图像,提出了基于图像灰度值特征的陨石坑自主检测方法,通过兴趣区快速确定陨石坑边缘分布,解决了一般陨石坑检测方法对图像太阳高度角的依赖问题。利用检测出的陨石坑视线信息,采用非线性预测滤波方... 针对陨石坑阴影不明显的行星着陆导航图像,提出了基于图像灰度值特征的陨石坑自主检测方法,通过兴趣区快速确定陨石坑边缘分布,解决了一般陨石坑检测方法对图像太阳高度角的依赖问题。利用检测出的陨石坑视线信息,采用非线性预测滤波方法估计着陆器着陆阶段的位置和姿态;鉴于视觉着陆导航对照了场景状况的高度依赖性,提出了一种利用分形理论和相邻点分级方法的天体随机地景建模方法。最后验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 陨石坑自主检测 灰度特征 精确着陆 自主光学导航 地景建模
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一种航天器天文自主定轨方法 被引量:15
19
作者 杨博 房建成 +1 位作者 伍小洁 赵建辉 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2000年第3期33-36,78,共5页
提出用星敏感器和地平仪测量星光角距作为主要观测量 ,用地平仪直接测量得到地心方向矢量 ,用间接测得的地心距离作为补充观测量 ,并用推广卡尔曼滤波方法来实时确定航天器的轨道。文中对系统的构成、模型的建立、以及卡尔曼滤波的方法... 提出用星敏感器和地平仪测量星光角距作为主要观测量 ,用地平仪直接测量得到地心方向矢量 ,用间接测得的地心距离作为补充观测量 ,并用推广卡尔曼滤波方法来实时确定航天器的轨道。文中对系统的构成、模型的建立、以及卡尔曼滤波的方法都作了认真的仿真研究 。 展开更多
关键词 航天器 天文导航 自主定轨
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基于条件数的能观性度量方法及在自主导航系统中的应用 被引量:9
20
作者 常晓华 崔平远 +1 位作者 王晓明 崔祜涛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期1331-1337,共7页
由于状态方程和观测方程的非线性,给自主导航系统的能观性分析带来了挑战。首先分析了条件数在线性系统能观度定义中的合理性;然后,利用李导数求解出非线性系统的能观性矩阵,并基于条件数给出了一种非线性系统的能观性度量方法;将其应... 由于状态方程和观测方程的非线性,给自主导航系统的能观性分析带来了挑战。首先分析了条件数在线性系统能观度定义中的合理性;然后,利用李导数求解出非线性系统的能观性矩阵,并基于条件数给出了一种非线性系统的能观性度量方法;将其应用于地月转移轨道,分别研究了地心视线矢量和月心视线矢量两种观测模型下自主导航系统的能观度;进而,利用系统的能观度动态确定信息分配因子,结合扩展卡尔曼滤波建立信息融合自主导航算法。仿真结果表明,本文提出的能观性度量方法能够反映不同观测模型下系统能观性的变化情况,基于能观度的信息融合自主导航算法的轨道参数估计结果完全满足地月转移轨道段的精度要求。 展开更多
关键词 条件数 能观性 非线性系统 自主导航
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