3种六自由度动力下降凸优化制导方法 被引量：1

1

作者 王驰 刘伟 高扬 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第4期1292-1303,共12页

飞行器动力下降软着陆的一个关键技术在于实时求解六自由度(6-DoF)动力下降制导问题,该问题可以描述为多约束条件下的燃料最省轨迹优化问题。选取飞行时间、时间替代变量、轨迹高度3种自变量建立3种优化模型,将原始轨迹优化问题转化为... 飞行器动力下降软着陆的一个关键技术在于实时求解六自由度(6-DoF)动力下降制导问题,该问题可以描述为多约束条件下的燃料最省轨迹优化问题。选取飞行时间、时间替代变量、轨迹高度3种自变量建立3种优化模型,将原始轨迹优化问题转化为序列凸优化可解形式进行迭代求解,形成了3种在线制导方法。比较3种制导方法在收敛性、实时性、最优性及求解精度上的差异,结果表明:3种制导方法均能求解六自由度动力下降问题;自变量为飞行时间的制导方法计算时间最短且燃料消耗最少,但需要预先确定动力下降飞行时间;基于其余2类自变量的制导方法能够优化动力下降飞行时间,但均为次优解,且计算时间显著增加;相同离散点数量下3种方法的求解精度相近。若采用序列凸优化作为动力下降在线制导方案,如何确定最优飞行时间、逼近燃料最优解及进一步缩短计算时间等仍有待深入研究。 展开更多

关键词 六自由度 动力下降 自主制导 凸优化 最优飞行时间

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自主智能微小机器人技术及其月面应用 被引量：4

2

作者 邢琰 滕宝毅 +5 位作者 黄煌 高明星 龚健 余成武 刘磊 杨孟飞 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2024年第6期64-72,共9页

轻量化微小型机器人资源占用少,自身机动灵活,便于搭载携带,并能够支持多机协同联合作业,扩大探测范围,提高探测能力,是未来深空探测任务中的重要探测工具.本文针对月面严苛复杂环境下全自主感知、移动和成像需求,突破了资源受限和小样... 轻量化微小型机器人资源占用少,自身机动灵活,便于搭载携带,并能够支持多机协同联合作业,扩大探测范围,提高探测能力,是未来深空探测任务中的重要探测工具.本文针对月面严苛复杂环境下全自主感知、移动和成像需求,突破了资源受限和小样本约束下的轻量化设计、智能感知与决策等关键技术,研制了国际首台5 kg级地外探测自主智能微小机器人,并成功应用于我国嫦娥六号任务.通过月面智能感知与决策,实现了自主移动与取景成像,获得了为嫦娥六号着陆器和上升器组合体在月面的高质量合影照片,并实现新一代人工智能技术在国内外深空探测领域的突破. 展开更多

关键词 嫦娥六号 自主智能 微小机器人 智能感知 智能导航决策 智能取景

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嫦娥六号月球背面软着陆中的障碍规避技术 被引量：3

3

作者 张洪华 李骥 +5 位作者 于洁 关轶峰 张晓文 王志文 陈尧 华宝成 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2024年第6期1-11,共11页

月球背面软着陆需要面对复杂的地形环境,对避障能力的要求相比月球正面着陆任务更高.受到推进剂和其他因素的限制,嫦娥六号着陆器并没有采用类似嫦娥四号提高避障高度的方法来扩大避障能力,而是将部分的“定点”着陆技术与避障技术相结... 月球背面软着陆需要面对复杂的地形环境,对避障能力的要求相比月球正面着陆任务更高.受到推进剂和其他因素的限制,嫦娥六号着陆器并没有采用类似嫦娥四号提高避障高度的方法来扩大避障能力,而是将部分的“定点”着陆技术与避障技术相结合,在主减速段通过单向航程控制避开已知大尺寸障碍,在接近段以下飞行过程采用粗精结合的接力避障策略识别和规避预先未知的小尺寸障碍,最终实现了安全软着陆.嫦娥六号采用的这种避障方案相比以往嫦娥系列着陆器技术水平升级,也为后续实现完全意义上的定点着陆提前进行了技术验证. 展开更多

关键词 嫦娥六号 软着陆 月球背面 障碍规避 航程控制

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基于偏航机动的常推力定点着陆制导方法

4

作者 李骥 张洪华 +1 位作者 张晓文 关轶峰 《深空探测学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第1期47-55,共9页

实现定点着陆终端位置速度六分量控制通常需要发动机推力可调。提出了一种通过偏航机动实现固定推力下的定点着陆制导方法。该方法通过偏转航向角,调节发动机输出在下降轨迹平面内的分量,从而实现航程控制;为了消除推力方向偏转产生的... 实现定点着陆终端位置速度六分量控制通常需要发动机推力可调。提出了一种通过偏航机动实现固定推力下的定点着陆制导方法。该方法通过偏转航向角,调节发动机输出在下降轨迹平面内的分量,从而实现航程控制;为了消除推力方向偏转产生的横向位置、速度偏差,设计了偏转角符号调整策略,使得着陆器在水平面内呈“之”字形运动,以一定推进剂为代价,最终保证了下降着陆终端位置、速度的全部可控。仿真表明,所提方法简单有效,易于工程实施。 展开更多

关键词 动力下降 定点着陆 常推力 显式制导

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小天体自主附着技术研究进展 被引量：28

5

作者 崔平远 袁旭 +1 位作者 朱圣英 乔栋 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期759-767,共9页

基于国际上已实施的小天体探测任务和未来小天体附着探测技术的发展趋势,阐述了小天体自主附着的必要性及关键技术。首先回顾了已成功实施的小天体探测任务的特点,进而总结了小天体自主附着的难点问题,概括分析了小天体自主附着所涉及... 基于国际上已实施的小天体探测任务和未来小天体附着探测技术的发展趋势,阐述了小天体自主附着的必要性及关键技术。首先回顾了已成功实施的小天体探测任务的特点,进而总结了小天体自主附着的难点问题,概括分析了小天体自主附着所涉及的关键技术及其研究进展,最后对未来小天体自主附着技术的研究热点和发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 小天体 自主附着 自主导航 制导与控制 安全策略

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行星表面陨石坑检测与匹配方法 被引量：22

6

作者 冯军华 崔祜涛 +1 位作者 崔平远 田阳 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期1858-1863,共6页

针对深空探测器光学导航技术的需要,提出了行星表面陨石坑导航路标的提取与匹配方法。陨石坑是行星表面最显著的地形特征,在光照条件下,陨石坑具有清晰的几何轮廓。结合光照方向,通过陨石坑边缘的检测、边缘配对以及形状参数拟合等处理... 针对深空探测器光学导航技术的需要,提出了行星表面陨石坑导航路标的提取与匹配方法。陨石坑是行星表面最显著的地形特征,在光照条件下,陨石坑具有清晰的几何轮廓。结合光照方向,通过陨石坑边缘的检测、边缘配对以及形状参数拟合等处理实现陨石坑的提取。对检测出的陨石坑,基于平面二次曲线的几何不变特性,采用投票策略实现与陨石坑数据库的匹配,并设计陨石坑误匹配及失配的校正策略,从而有效地确定陨石坑在目标天体表面的全局位置。最后通过嫦娥一号获得的目表图像验证了所提方法的有效性和可行性。 展开更多

关键词 行星软着陆 光学导航 陨石坑路标 陨石坑检测 陨石坑匹配

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小天体软着陆自主光学导航与制导方法研究 被引量：14

7

作者 崔平远 朱圣英 崔祜涛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期2159-2164,2198,共7页

针对小天体软着陆任务自主性、实时性的需求,对软着陆小天体自主导航与制导问题进行了研究。提出了一种利用激光测距仪和光学导航相机跟踪目标着陆点的自主导航方案,利用测距矢量以及目标点之间的几何关系,确定着陆平面法向方向和目标... 针对小天体软着陆任务自主性、实时性的需求,对软着陆小天体自主导航与制导问题进行了研究。提出了一种利用激光测距仪和光学导航相机跟踪目标着陆点的自主导航方案,利用测距矢量以及目标点之间的几何关系,确定着陆平面法向方向和目标点位置。分析期望的探测器下降轨迹特点,给出了一种基于制导变量的脉冲控制制导律,通过对目标点视线与着陆平面法向矢量之间夹角的控制,将软着陆小天体控制分解为切向控制与法向控制两部分。最后,通过数学仿真对自主导航制导系统的性能进行了验证,结果表明该方法能够满足垂直软着陆的任务需要,实现高精度软着陆。 展开更多

关键词 自主导航与制导 软着陆 小天体 目标跟踪 制导变量

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飞行器最优滑翔弹道研究 被引量：10

8

作者 陈金明 耿丽娜 郑志强 《弹道学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期31-34,共4页

利用动态规划法研究并求解了飞行器轨迹优化问题.根据最优性原理确定了最优滑翔弹道问题的最优性条件.建立了求解最优控制问题的连续微分动态规划算法步骤.遵循此步骤,对具体问题进行数值求解.计算结果表明,该方法是求解轨迹优化问题的... 利用动态规划法研究并求解了飞行器轨迹优化问题.根据最优性原理确定了最优滑翔弹道问题的最优性条件.建立了求解最优控制问题的连续微分动态规划算法步骤.遵循此步骤,对具体问题进行数值求解.计算结果表明,该方法是求解轨迹优化问题的一种有效方法,对飞行器的气动力设计和最优制导律设计有重要意义. 展开更多

关键词 飞行器 弹道 轨迹优化 最优性条件 连续微分动态规划

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基于蚁群算法的月球软着陆轨迹优化 被引量：25

9

作者 段佳佳 徐世杰 朱建丰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期476-481,488,共7页

针对基于最省燃料的月球软着陆轨迹优化问题进行了研究。首先通过改进的函数逼近法,将月球软着陆的轨迹优化问题转化为参数优化问题,并且使优化变量及状态变量均有明确的物理意义。然后利用增加了局部搜索策略的十进制蚁群算法对该优化... 针对基于最省燃料的月球软着陆轨迹优化问题进行了研究。首先通过改进的函数逼近法,将月球软着陆的轨迹优化问题转化为参数优化问题,并且使优化变量及状态变量均有明确的物理意义。然后利用增加了局部搜索策略的十进制蚁群算法对该优化问题进行研究。仿真算例证明十进制蚁群算法能快速地搜索到满足终端约束条件的最优月球软着陆轨迹,而且燃料消耗也与采用极大值原理得到的最优燃料消耗相当;同时与改进的遗传算法-自适应模拟退火遗传算法相比,在优化精度相差不多的情况下十进制蚁群算法收敛速度要快很多。仿真结果也说明增加局部搜索策略的十进制蚁群算法具有优良的全局和局部搜索能力。 展开更多

关键词 轨迹优化 月球软着陆 蚁群算法 局部搜索策略

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小天体主动附着制导与控制技术研究进展 被引量：11

10

作者 崔平远 赵冬越 +1 位作者 朱圣英 葛丹桐 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1057-1066,共10页

结合目前已实施的小天体附着探测任务,对小天体探测器主动附着涉及的制导与控制技术进行了系统性的回顾。首先,针对小天体附着任务风险高、不确定性强的特点,明确了主动附着的内涵,并分析了现有附着探测技术在自主性和安全性上面临的挑... 结合目前已实施的小天体附着探测任务,对小天体探测器主动附着涉及的制导与控制技术进行了系统性的回顾。首先,针对小天体附着任务风险高、不确定性强的特点,明确了主动附着的内涵,并分析了现有附着探测技术在自主性和安全性上面临的挑战,阐述了提高探测器主动附着能力的重要性。在此基础上,归纳梳理了与主动附着相关的制导与控制技术最新研究进展。最后,结合未来小天体探测任务需求,总结了今后具有进一步研究价值的几个问题。 展开更多

关键词 小天体 主动附着 环境感知 制导与控制 安全策略

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深空着陆器随机优化制导律设计 被引量：4

11

作者 高艾 崔平远 崔祜涛 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期1884-1889,共6页

针对导航估计误差对制导精度的不利影响,提出了一种随机优化制导设计方法。该方法将导航估计性能作为优化项引入制导设计过程中,通过对观测轨迹的优化设计,使视觉导航估计精度得到提高,进而改善了制导性能;同时,引入单步超前优化方法减... 针对导航估计误差对制导精度的不利影响,提出了一种随机优化制导设计方法。该方法将导航估计性能作为优化项引入制导设计过程中,通过对观测轨迹的优化设计,使视觉导航估计精度得到提高,进而改善了制导性能;同时,引入单步超前优化方法减少迭代运算量。将其应用于深空探测着陆任务,仿真结果表明与传统估计最优制导方法相比,该随机优化制导律有效降低了估计误差给制导系统带来的不利影响,使着陆器导航与制导系统整体性能得到改善提高。 展开更多

关键词 深空探测 软着陆 导航与制导系统 最优估计 随机优化算法 单步超前方法

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深空着陆器对偶控制策略 被引量：3

12

作者 高艾 崔平远 崔祜涛 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期75-80,共6页

以深空着陆任务为背景,针对视觉导航过程中由于有限观测能力引起的估计性能不佳问题,研究了一种深空着陆器对偶控制策略.该策略将导航估计不确定性引入系统状态,给出包含与估计方差相关的二次型性能指标评价方法,利用着陆状态可观测性... 以深空着陆任务为背景,针对视觉导航过程中由于有限观测能力引起的估计性能不佳问题,研究了一种深空着陆器对偶控制策略.该策略将导航估计不确定性引入系统状态,给出包含与估计方差相关的二次型性能指标评价方法,利用着陆状态可观测性与着陆轨迹之间的耦合特性,合理优化观测轨迹,克服着陆过程中可观测性缺乏问题,大幅度提高系统的导航估计性能,使深空着陆器导航制导控制整体性能得到保障. 展开更多

关键词 深空探测软着陆 自主GNC技术 非线性耦合 对偶控制

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基于约束规划的小天体接近段鲁棒制导控制方法 被引量：2

13

作者 高艾 崔平远 崔祜涛 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期989-995,共7页

以小天体接近段任务为背景,提出了一种基于约束规划的鲁棒制导控制方法。该方法将目标天体引力模型引入轨迹规划过程中,并将具有控制约束与轨迹状态约束的非线性动力学路径规划问题转化为以优化燃耗为性能指标的二阶圆锥规划(second-ord... 以小天体接近段任务为背景,提出了一种基于约束规划的鲁棒制导控制方法。该方法将目标天体引力模型引入轨迹规划过程中,并将具有控制约束与轨迹状态约束的非线性动力学路径规划问题转化为以优化燃耗为性能指标的二阶圆锥规划(second-order cone program,SOCP)问题;同时考虑目标天体引力模型与外界干扰等不确定因素对轨迹跟踪的影响,基于模型不确定界设计鲁棒反馈控制律。数学仿真证明,在相同条件下,基于凸规划的制导控制性能无论在制导控制偏差或是状态与控制约束满足方面均优于传统多项式拟合制导控制算法。 展开更多

关键词 小天体接近 制导与控制 约束规划 二阶圆锥规划 鲁棒反馈控制

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γ源辐射角度对光子高度计性能的影响分析 被引量：3

14

作者 张楠 吴世通 沈超 《航天返回与遥感》 2014年第6期37-41,共5页

为了研究分析月球环境下γ光子高度计源辐射角度对其性能的影响,文章建立了月球着陆器简化模型,利用基于蒙特卡罗方法的粒子输运程序(MCNP)软件仿真计算了接收处理器捕获的光子计数随γ源辐射角度的变化规律。仿真结果表明:辐射角度小... 为了研究分析月球环境下γ光子高度计源辐射角度对其性能的影响,文章建立了月球着陆器简化模型,利用基于蒙特卡罗方法的粒子输运程序(MCNP)软件仿真计算了接收处理器捕获的光子计数随γ源辐射角度的变化规律。仿真结果表明:辐射角度小于一定值时,光子计数随着辐射角度的增大近似呈线性增长;当γ源辐射角度增大到一定值时,光子计数基本不再有变化。文章的分析方法和结果可以为合理确定γ光子高度计源辐射角度提供设计参考。 展开更多

关键词 光子高度计 辐射角度 粒子输运程序 着陆 月球探测

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载人登月软着陆中手动控制制导方案研究 被引量：1

15

作者 刘莹莹 吕纪远 周军 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期479-484,共6页

针对载人登月软着陆的接近段和着陆段,研究手动控制重新选址方案。首先引入了载人登月阶段划分,建立了登月舱动力学模型,然后对电视制导和舷窗制导2种手动控制选址方案进行了比较。电视制导方案中,宇航员能够直接在视场内选择新的着月点... 针对载人登月软着陆的接近段和着陆段,研究手动控制重新选址方案。首先引入了载人登月阶段划分,建立了登月舱动力学模型,然后对电视制导和舷窗制导2种手动控制选址方案进行了比较。电视制导方案中,宇航员能够直接在视场内选择新的着月点,并由自动控制系统实现对目标的制导;传统的舷窗制导要求宇航员全程参与控制,主要约束包括手动控制的延迟以及舷窗的视线范围,并且每次手动调节量有限。对2种制导方案的仿真结果表明,电视制导由于不受视线角约束,着月点可调整范围大于舷窗制导。同时电视制导对姿态机动的要求更高。并且宇航员重新选址操作进行得越早,着月点可调整范围越大。 展开更多

关键词 载人登月 软着陆 手动控制 电视制导

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一种基于高程图的危险区识别算法 被引量：1

16

作者 宋政吉 耿殿伍 姜兴渭 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期946-949,共4页

为实现着月末段的自主障碍物识别,提高月球自主软着陆精确度和安全性,提出了一种基于高程图数据的危险区扫描识别方法.通过计算扫描区域的粗糙度和坡度来判别地貌、识别危险区,然后扫描计算每一选定区域的粗糙度值、坡度值和相对目标着... 为实现着月末段的自主障碍物识别,提高月球自主软着陆精确度和安全性,提出了一种基于高程图数据的危险区扫描识别方法.通过计算扫描区域的粗糙度和坡度来判别地貌、识别危险区,然后扫描计算每一选定区域的粗糙度值、坡度值和相对目标着陆点的距离等因素来加权生成该点着陆成本图,最后根据成本图优选着陆点.仿真计算结果表明,该方法能够快速识别最优着陆点,比Andrew Johnson方法更能减少识别计算复杂度. 展开更多

关键词 危险区识别 高程图 软着陆 月球

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小天体自主附着多滑模面鲁棒制导方法研究 被引量：5

17

作者 袁旭 朱圣英 崔平远 《深空探测学报》 2015年第4期345-351,共7页

小天体形状不规则及缺乏观测信息的特点使得小天体附近的动力学环境较为复杂,附着动力学模型存在较大不确定性。通过引入多滑模面鲁棒制导方法,分别设计2个滑模面,使探测器状态先后到达这2个滑模面,可实现指定时刻精确附着小天体的目标... 小天体形状不规则及缺乏观测信息的特点使得小天体附近的动力学环境较为复杂,附着动力学模型存在较大不确定性。通过引入多滑模面鲁棒制导方法,分别设计2个滑模面,使探测器状态先后到达这2个滑模面,可实现指定时刻精确附着小天体的目标。通过选取参数的分析总结了制导律中相关参数的选取对燃料消耗的影响,给出了制导律相关参数选取原则。在存在外界环境扰动、初始状态误差和导航误差条件下,蒙特卡洛仿真结果表明:多滑面制导方法能够在小天体的不确知环境中实现高精度附着,且具有很好的鲁棒性。多滑模面制导方法精度高、鲁棒性好,且无需设计参考轨迹,实时性好,适合小天体自主精确附着的任务需求。 展开更多

关键词 小天体 自主附着 多滑模面制导 鲁棒性 参数选取

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基于鲁棒曲线匹配的星表特征跟踪方法 被引量：2

18

作者 邵巍 陈海燕 +2 位作者 孟琳 岳耀宾 高锡珍 《深空探测学报》 2014年第1期75-80,共6页

针对星际着陆的特征跟踪及障碍识别过程,提出了一种基于尺度不变的曲线描述及匹配方法。该方法利用曲线邻域的梯度信息形成特征描述符,无需知道各点曲率或曲线之间的几何构型,且对旋转、缩放、视角变化及光照影响都具有较强的鲁棒性。... 针对星际着陆的特征跟踪及障碍识别过程,提出了一种基于尺度不变的曲线描述及匹配方法。该方法利用曲线邻域的梯度信息形成特征描述符,无需知道各点曲率或曲线之间的几何构型,且对旋转、缩放、视角变化及光照影响都具有较强的鲁棒性。仿真实验表明,该算法不仅能够对不同尺度的陨石坑、岩石边缘等障碍或自然陆标进行识别,而且能够实现边缘曲线特征的跟踪,误匹配率低。 展开更多

关键词 星际着陆 障碍检测 曲线匹配 边缘提取 曲线描述符

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着陆器倾斜状态对伽玛关机敏感器测高精度的影响分析

19

作者 沈超 王晓博 +2 位作者 罗伟 吴世通 黄伟 《航天返回与遥感》 北大核心 2015年第5期29-35,共7页

伽玛关机敏感器是月球着陆探测器的低高度敏感器,为了获得在3m左右高度时敏感器的测高精度,文章以着陆模拟器为试验载体,进行了伽玛关机敏感器在着陆器不同倾斜状态下的静态吊高试验,分析了着陆器不同倾斜角度以及水平状态时的计数率差... 伽玛关机敏感器是月球着陆探测器的低高度敏感器,为了获得在3m左右高度时敏感器的测高精度,文章以着陆模拟器为试验载体,进行了伽玛关机敏感器在着陆器不同倾斜状态下的静态吊高试验,分析了着陆器不同倾斜角度以及水平状态时的计数率差异和关机高度变化情况。通过试验数据分析,获得了伽玛关机敏感器在3m左右的测高精度,着陆器倾斜状态引起的测高精度误差绝对值不大于5.3%。 展开更多

关键词 倾斜 伽玛关机敏感器 测高 精度 空间探测

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基于图像几何特征的行星表面参考区域提取与匹配方法

20

作者 李建更 贾真 阮晓钢 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1066-1072,共7页

针对探测器在行星表面精确着陆的问题,提出了一种通过提取参考区域光照阴影及其轮廓几何特征进行自主识别、匹配的方法.首先,对图像预处理,包括基于区域斜分的二维最大熵双阈值分割、提取连通区域等操作;然后,提取特征区域阴影的轮廓,... 针对探测器在行星表面精确着陆的问题,提出了一种通过提取参考区域光照阴影及其轮廓几何特征进行自主识别、匹配的方法.首先,对图像预处理,包括基于区域斜分的二维最大熵双阈值分割、提取连通区域等操作;然后,提取特征区域阴影的轮廓,针对区域阴影及其轮廓信息进而提取其线状及面状几何特征;最后,利用基于加权欧氏距离的聚类方法进行模板匹配.该方法克服了在以往研究中选取参考区域单一化的缺陷,通过对取样图像大量反复的实验,匹配的正确率在93%以上,从而验证了该方法的可行性和鲁棒性. 展开更多

关键词 行星软着陆 自主光学导航 双阈值分割 几何特征 加权欧氏距离 模板匹配

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