Tube-based robust output feedback model predictive control for autonomous rendezvous and docking with a tumbling target

In this paper, a tube-based robust output feedback model predictive control method (TRMPC) is proposed for controlling chaser spacecraft docking with a tumbling target in near-circular orbit. The controller contains a simple, stable, Luenberger state estimator and a tube-based robust model predictive controller. Several practical challenges are also considered under dock-enabling conditions, such as the control saturation, velocity constraint, approach corridor constraint, and collision avoidance constraint. Meanwhile, uncertainties are carefully analyzed when designing the controller, including dynamics uncertainty, measurement error, and control deviation. The TRMPC ensures that all possible state trajectories with uncertainties lie in the minimum robust positively invariant set (mRPI, i.e., the so-called tube in this paper). The tube center is the solution of a nominal (without uncertainties) system. Another important contribution of this paper is to propose a technique where it is unnecessary to calculate the mRPI explicitly. Thereby, the ‘curse of dimensionality’ can be avoided for a six-dimensional system. To verify the feasibility of the proposed TRMPC strategy in the presence of uncertainties, two scenarios of autonomous rendezvous and docking (AR&D) are simulated. The simulation results show that the TRMPC method is more efficient in minimizing the uncertainties, fuel consumption, and computational cost, compared to the classic model predictive control (MPC) method.     

多航天器编队在轨自主协同控制研究

提出一种基于信息一致性的分布式协同控制策略,该策略可自主实现多航天器编队 的 构型建立、保持与整体机动。在该策略中,编队内各航天器均具有局部的分层控制结构：参 考点一致性估计层根据各航天器初始状态与编队内信息拓扑,协商估计出多航天器编队整体 系统基准参考点;协同制导层根据编队整体系统模型预测控制方程,采用并行计算方式,规 划各航天器从初始状态到期望构型的期望重构机动路径;协同控制层采用基于二阶一致性算 法的协同反馈控制律,使各航天器彼此协同地跟踪期望路径和整体机动参考信息。仿真结果 表明:当信息拓扑中存在最大生成树时,该策略能够实现多航天器编队构型建立、保持与整 体机动的协同控制,并具有较好鲁棒性。〖JP〗     

动力学补偿受控卫星轨道确定算法(英文)

受控卫星动力学模型中推力加速度的量级远远高于其他摄动的误差量级,观测量主要反映受控卫星动力学模型的误差。本文以跟踪和精确定位空间机动目标为目的,给出基于地面雷达观测,实时估计推力加速度,修正卫星动力学模型的轨道确定算法。通过建立连续推力控制过程变质量动力学模型,给出常推力变加速度满足的运动学微分方程; 建立变加速度估计系统状态方程,和扩展卡尔曼滤波轨道确定算法; 并给出连续推力控制卫星运动状态关于推力加速度的变分运动方程; 实际飞行控制应用表明: 利用地面测量数据,实时估计推力加速度并补偿系统动力学模型,解决了连续受控卫星轨道精确确定问题。     

天基毫米波空间碎片观测雷达系统分析与设计

介绍了天基毫米波空间碎片观测雷达的难点和关键技术,提出了解决问题的思路。将同时多波束天线引入到高速目标探测中,分析了雷达天线和发射机的形式,采用多频信号处理方法解决多普勒模糊问题。给出了空间站载天基毫米波雷达的系统参数,分析了测距、测角、测速精度。在天球坐标系下建立了雷达平台坐标系,通过速度分解和坐标转换,结合雷达成像的方法分析了雷达和碎片间的相对速度、位置的几何关系,在此基础上对空间站载天基毫米波雷达系统空间碎片轨道预测性能进行了分析。
     

未知测量噪声分布下的多目标跟踪算法

 粒子概率假设密度滤波(SMC-PHDF)在进行粒子更新时需要知道测量噪声的概率分布以计算似然函数,这使得SMC-PHDF依赖于测量噪声的概率模型。针对这一点不足,提出一种未知测量噪声分布下的多目标跟踪算法——基于风险评估的概率假设密度滤波(RE-PHDF)。该算法在SMC-PHDF进行概率假设密度(PHD)粒子更新时采用风险函数计算每个PHD粒子的风险值,并通过一个风险评估函数评估每个PHD粒子,然后用评估后的结果更新粒子的权值。由于粒子更新时避免了在多维测量空间中计算似然函数,算法不仅不依赖于测量噪声的概率分布,还可以节省大量计算时间。仿真结果表明：和SMC-PHDF相比,RE-PHDF在未知的复杂测量噪声环境下具有更高的鲁棒性和稳定性;同时,在两种算法跟踪精度接近的情况下,所提算法节省了50%的运行时间。     

基于CNS定位误差的平行航路间隔安全评估

主要对平行航路中基于CNS定位误差的飞行间隔安全评估问题进行了研究。首先分析了CNS定位误差对飞机碰撞风险的影响。其次运用概率论方法得到了CNS定位误差下飞机纵向、侧向和垂直三个方向上的碰撞风险计算模型,并根据模型利用牛顿迭代算法,通过给定某一方向安全目标水平计算CNS定位误差下相应的安全间隔。最后对平行航路三个方向的飞行间隔进行了评估计算,将结果与实际相比较,表明该模型可行。     

反舰导弹末端蛇行机动突防效果仿真

末端蛇行机动是反舰导弹突防的一种重要手段。基于伴随技术,利用简化的导弹—突防拦截模型,得到了突防反舰导弹蛇行机动时拦截导弹的脱靶量,并分析了影响拦截导弹脱靶量的各个因素,研究结果为反舰导弹的作战使用和末端机动策略的制定提供了理论上的依据。     

“天宫一号”目标飞行器力学试验新技术应用

“天宫一号”目标飞行器在研制阶段进行的力学环境试验包括模态试验、振动试验、噪声试验。文章总结了各项力学试验的技术难点及新技术的应用情况,可供其他航天器力学试验参考。     

基于NMF、ICA和复Contourlet变换的红外小目标检测

针对存在背景干扰和噪声情况下的红外弱小目标检测问题,提出了一种基于非负矩阵分解(NMF)、独立分量分析(ICA)和复Contourlet变换的检测方法。首先通过非负矩阵分解和独立分量分析分别抑制原始图像的背景,得到不同的小目标残差图像;接着采用复Contourlet变换对残差图像进行去噪;再对上述去噪后的小目标残差图像求和,得到了预处理图像;最后提出基于模糊灰度熵阈值选取方法分割预处理图像,从而实现了复杂背景下的红外弱小目标检测。针对红外小目标图像进行了大量实验,并与基于新型Top-hat变换、基于快速独立分量分析的目标检测方法进行了比较,结果表明所提出的方法抗噪性强,具有更为优越的检测性能。     

一种基于SAR图像鉴别的港口区域舰船目标新方法

鉴于遥感卫星动态监视港口内舰船的需要,提出了一种SAR图像港口内舰船鉴别方法。针对港口内舰船目标散射特性,首先进行舰船目标鉴别特征的提取,包括已有鉴别特征的提取和新特征的提取;其次,在特征选择阶段,利用特征对目标与杂波的可分离性度量优选出鉴别效果明显的有效特征,并得到最大分离性对应的最优特征向量权重;最后,为了提高鉴别器的精度,设计了加权最小距离分类器。试验结果表明了所提方法的有效性。