仿生变构型飞行器智能控制技术:进展与展望

仿生变构型飞行器是一种为适应环境和任务的变化而具备动物外部构型变化能力的新型飞行器，变构型的动态飞行特征给控制系统设计带来了一系列挑战。飞行器仿生变构型的过程是一种飞行器“眼、耳、脑、体、翼”等多器官协调的智能行为，控制系统设计的主要目标是在“感知—决策—反馈—执行”全控制回路的框架下解决“为何变”“如何变”等智能行为的设计问题，赋予飞行器(特别是无人飞行器)在复杂干扰和不确定环境下强自主、强适应、强生存等智能能力。结合近年来智能控制和仿生技术的发展，从仿生智能的视角梳理变构型飞行器控制技术的研究现状和存在问题，指出仿生变构型飞行器设计需要完成从“方法论”“系统论”设计到“环境/任务/系统一体化”设计亦即“行为论”设计的跨越;进一步提出了机理与数据混合驱动建模、多维信息仿生感知、智能自适应变形决策、变形与飞行一体化控制、全回路安全控制等前沿科学问题，并给出了可能的解决思路。     

应用LoRa通信协议的松散式有界星群构型设计

针对卫星星群项目高规模化、低成本、低功耗的特性需求,提出一种基于地面新兴物联网协议——LoRa(Long Rang)协议的松散式、低成本、大容量的空间自组织星群系统。该系统由1颗主星和多颗子星构成,每颗子星分别运行于以主星为中心、特定距离为半径的独立球形壳体层中,每颗子星与主星具有双向通信,子星与子星间无通信需求,实现分布式空间传感器网络(SW)的功能,能够自主、协调地完成空间高精度观测任务和数据采集任务。该星群系统设计成本低,在轨构型维持简单,功耗低,其壳层式有界构型的设计方法及维持方式,适用其他任何无特殊队形要求的松散式有界星群系统中,具有广泛的应用价值。     

异构无人系统协同作战关键技术综述

针对异构无人系统的规模、异构性强弱，对异构无人系统进行了分类，引入了异构无人系统协同作战班组的概念以及应用设想，并通过城市环境中异构无人系统协同作战问题为牵引，提出了异构无人系统协同作战面临的挑战与解决思路，在此基础之上，从异构无人系统协同控制架构、协同任务规划、智能交互、目标感知、环境感知等主要方面对异构无人系统协同作战的关键技术进行了分析，最后对异构无人系统协同作战目前的研究进展与挑战进行了总结。     

分布式协同微纳遥感星群的智能控制系统关键技术

近年来，国内外微纳遥感星座发展不断加速，通过高频重访大幅提升了对地观测的时间分辨率，但是由于单颗微纳卫星观测能力受限，难以满足多源同步与融合、高品质、大幅宽等数据应用需求。为此，将星座与星簇相结合，以星座化分布满足高时间分辨率需求，以星座节点上的星簇协同观测获取多源、高品质、宽幅数据，构建基于微纳卫星的分布式协同遥感系统，是兼顾上述遥感应用需求的有效途径。智能分布式协同控制是该系统的核心关键，为此，必须研究解决星座+星簇大规模动态微纳遥感星群控制系统的分布协同自主导航、智能运动规划与控制、智能健康预测与管理、智能组网等关键技术难题。在梳理分析国内外分布式微纳遥感系统的基础上，给出分布式协同微纳遥感星群的概念内涵，分析其特有的四方面难题，梳理总结相关技术发展现状与趋势，以期为后续该方向的研究起到一定的借鉴作用。     

一种基于集中式控制的空间态势感知云计算服务系统

空间态势感知任务具有很强的突发性、异构性等特点。其系统要求高的可靠性,其中如碎片分析、碰撞预测、碎片清除等任务需要庞大的计算资源。使用按需索取的云计算方式能够满足空间态势感知的各种可预测和非可预测的复杂需求,降低硬件成本并且易于规模化。文章提出了一种集中式控制的云计算空间网络系统,在系统中使用了OpenFLow协议,能够为空间态势感知业务服务。     

星地融合网络相控阵天线应用研究进展

卫星通信网络与地面移动通信网络融合，可提供低时延、广覆盖的泛在接入服务。相控阵天线作为星地传输端到端信息获取的射频前端，具有剖面低、波束成形灵活、多维参数捷变等优点，但也面临降低成本及功耗、增加宽带传输能力、提高宽角扫描性能等方面的挑战。与现有相关综述关注相控阵天线设计流程及制造工艺不同，对相控阵天线在星地融合网络中的应用研究进行综述。首先，阐述相控阵天线的不同架构和特点。其次，总结应对挑战的若干关键技术，包括波束凝视、高精度波束指向、低成本、多波束等。最后，展望在分布式星群组网、高频段演进和通信感知融合等场景中的发展趋势和研究方向。     

空间目标态势行为与事件本体设计与构建

针对空间目标态势威胁响应和预警研究不完善的问题，为实现空间目标行为和事件的智能推理、实时响应和主动预警，保障航天活动和空间利益，提出面向行为与事件的空间目标态势本体模型(BEO-SO2)。基于基本形式本体(BFO)，构建空间目标态势行为与事件本体模型。在统一时空框架下建立空间目标关系模型，实现空间目标行为执行和事件发生过程的动态推演。以空间目标碰撞威胁为背景，设计对象实体等级体系和碰撞威胁行为与事件要素，建立碰撞威胁推理规则，基于空间目标态势行为与事件本体进行实现、验证与展示。结果表明,空间目标态势行为与事件本体能够实现空间目标碰撞威胁的等级推理与预警，并指导进一步的空间活动，为航天任务与空间活动提供有效保障。     

航天光学遥感在自然灾害管理中应用能力评述

以建（构）筑物、生命线、农作物、基础设施等受损情况为切入点,介绍了航天光学遥感在灾害特征参数反演、灾害风险评估、灾害监测、灾害损失评估、恢复重建等领域的应用现状和应用能力,指出航天光学遥感与灾害管理之间存在灾区遥感数据实时获取能力不足和相应遥感灾害信息智能提取算法体系不完善等问题,并从航天器设计角度提出了解决对策,如平衡发展多种空间分辨率和多种光谱分辨率光学遥感器,协同发展机动和常规两种成像模式,积极发展星上智能信息提取技术。     

多自由度空间机械手嵌入式控制系统研究

为了满足航天器在轨维护、空间站建设以及对敌方航天器捕获等航天活动对轻型智能空间机械手的迫切需求,本文设计了一种具有力、位感知能力和多自由度控制能力的嵌入式控制系统用于对多自由度仿生型空间机械手的控制。该机械手具有5根手指,外形、大小和重量均接近人手,控制系统可对手指的运动位置和抓取力矩进行测量,并实现对各手指单独运动和多手指协调运动的控制。另外,通过采用阻抗控制算法提高了抓取过程的柔顺性和稳定性。     

基于态势感知一致性的UAV集群分布式协同性能分析

针对现有无人机集群分布式协同方法没有细致考虑态势感知过程，忽略了对抗环境下态势信息的不确定性对集群协同的影响，对协同性能缺乏量化分析等问题，提出基于态势感知一致性的无人机集群分布式协同方法，并分析协同性能。从集群协同作战角度分析协同方法的实质，考虑态势信息不确定性，给出集群态势感知一致性分析，建立态势觉察一致性、态势理解一致性等概念，并设计协同方法；建立协同时间、协同信息量等指标，分析指标特性，量化分析协同性能；在给定的仿真场景下，对比分析各协同方法性能。结果表明，所提方法协同性能较好，更切合对抗环境，对集群协同作战研究有一定的积极意义。     

主从式编队航天器连通性保持与碰撞规避

针对主从式航天器编队过程中存在的通信距离约束、航天器之间的碰撞以及空间干扰等问题，提出一种基于非线性干扰观测器和人工势函数的分布性协同控制方法。当初始通信网络连通时，通过在分布式协同控制器中引入吸引势函数，保证整个编队过程中通信网络始终是连通的。针对主航天器速度仅有部分从航天器直接可知的情况，为每一个从航天器设计分布式的速度观测器估计主航天器的速度，从而实现航天器之间的速度协同。此外，通过在控制器中引入非线性干扰观测器对外界干扰进行观测，显著增强了航天器编队的精度。仿真结果表明，本文提出的分布式协同控制方法不但能够实现对主航天器的速度跟踪以及航天器之间的队形保持，而且能够在编队过程中实现通信网络的连通性保持和航天器之间的碰撞规避。     

异步并行的分布式协同进化MDO算法研究

为满足分布式计算机网络环境下多学科并行设计优化协调的要求，研究了分布工协同进化MDO算法的网络异步并行实现，给出了异步并行的分布式同进化MDO算法。对导弹设计的计算实例，与单机上顺序执行的分布式协同进行MDO算法相比，异步并行的分布式协同进化MDO算法可有效缩短运行时间，而二者的收敛性能相当。算法基于CORBA/C 实现，灵活性、容错性好，便于在飞行器一体化设计环境中应用。     

卫星集群网络仿真建模与路由算法性能分析

卫星集群是一类基于星间协同工作的分布式卫星系统,具有空间结构灵活、数据共享、智能服务等特点。针对当前卫星集群网络仿真平台及其路由算法的研究的不足,基于网络仿真软件NS-3与卫星场景分析软件STK,设计了卫星集群生成模块,搭建了更准确、通用且可扩展的卫星集群网络仿真平台。通过同单一的STK卫星轨道数据对比,验证了仿真平台中卫星运动模块的有效性。对AODV(自组网按需距离矢量路由),DSDV(目标序列距离矢量路由)和OLSR(链路状态优化路由)算法应用在卫星集群网络中的性能进行了仿真。结果表明:OLSR算法在卫星集群网络中性能最优,其分簇和链路状态感知机制可为卫星集群网络路由算法的研究提供借鉴。     

基于小波神经网络的双足步行机器人步态规划控制器

对于传统的神经网络中神经元模型在结构和信息存储能力上存在的不足，本文提出了一种基于广义小波其函数网络的神经元集聚模型，这种小波神经网络不仅收敛速度快，非线性逼近能力更好，而且具有内部结构变尺度、自适应调整和广义信息存储等智能化特点，更符合生物原型的实际情况。静态学习和准动态学习仿真实验证明这种神经网络结构的有效性。     

空间机器人神经网络自适应滑模目标操控轨迹跟踪控制

针对参数未知的空间目标操控问题,考虑空间机器人负载不确定性、系统动力学不确定性和环境扰动等因素,为实现操作过程的稳定控制及机器人轨迹的有效跟踪,提出一种基于径向基神经网络估计不确定项的自适应增益非奇异终端滑模变结构控制器。首先基于拉格朗日法建立空间机器人的刚体动力学模型。考虑空间机器人基座姿态主动控制模式,使用径向基神经网络对模型中的不确定项进行估计。进而提出基于神经网络估计的非奇异终端滑模控制器,并针对不确定性和扰动的估计误差设计自适应增益,以期实现空间机器人系统轨迹跟踪控制的收敛。仿真校验结果表明所设计的控制方法具有较好的误差收敛速度和控制精度。     

集群卫星网络信息拓扑控制技术探讨

集群卫星网络所具有的高动态拓扑、信息异构及灵活组网的特性,使其对信息层面的拓扑控制提出了新的挑战,需要在现有的卫星网络拓扑控制技术的基础上进一步研究。在深入解析集群卫星网络信息拓扑控制内涵的基础上,根据集群卫星网络特点,提出通用的集群卫星网络信息拓扑模型及星地拓扑控制策略,并对现有的卫星拓扑控制算法进行分类说明,根据拓扑的分类方法,分析不同卫星拓扑控制技术在运用于集群卫星网络中的限制条件,最后针对应用需求及技术特点,指出集群卫星网络拓扑控制技术的发展趋势及研究方向。     

智能天地一体化网络的卫星跟踪测控技术综述

随着卫星互联网和我国航天测控技术的不断进步,航天测控网络朝着智能化、一体化的方向发展,在自主测控、资源分配等方面进展良好。因此,建立智能天地一体化的航天测控网是我国航天未来发展的重要目标。针对智能航天测控网中的跟踪测轨、遥测和遥控三个方面,分别介绍了相关原理与技术。同时,结合CCSDS提出的空间数据链路标准协议详细介绍了TM、TC、AOS、Proximity-1以及USLP标准,分析了不同标准所使用的技术与实际应用。本文从数据链路层和物理层的角度介绍了智能航天测控系统的工作原理及技术要求,为我国智能天地一体化卫星测控通信网的研究提供参考并予以展望。     

基于神经网络与自适应控制的系统重构方法

针对可重构飞行控制系统提出一种基于神经网络的抗扰动方法,其核心是运用神经网络的函数逼近能力去抑制非线性形式且动态特征未知的扰动。同时提出一种基于输入误差的自适应模型跟踪控制算法,可以保证系统在发生故障或局部损坏时的安全性和稳定性。将神经网络与自适应控制结合,从而降低扰动对故障检测和系统重构的影响,进而有效的降低故障误报率,提高系统的安全性。通过一个具体航空系统的仿真结果证实了该方法的有效性。     

一种未知动态环境下异构无人机集群分布式联盟形成方法

针对未知动态环境下异构无人机集群的分布式联盟形成问题,首先构建了异构无人机集群的联盟任务自动机,实现了异构无人机集群在未知动态环境下的自主任务协调.在此基础之上,提出了一种基于蒙特卡洛树搜索的分布式联盟形成算法,该算法通过两阶段的蒙特卡洛树搜索来增量式地对联盟结构进行分布式优化,算法可在分布式框架下实施,并在任意时间内...