空间任务人机协同作业内涵及关键技术问题

论述了空间任务人机协同作业的内涵,指出其与其它人机关系相比具有平等性、独立性和协同性的特点;分析了国内外相关研究情况,得出目前人机协同作业研究大多集中在人机交互领域,缺乏对顶层的研究;指出需要重点关注的人机任务分配、人机安全控制和人机信息交互三个关键问题,并提出了我国开展空间任务人机协同作业的发展建议,如与遥操作技术的发展和应用紧密结合、充分注重在轨演示、应当先采用人主机辅的模式等。     

有人/无人机混合编队有限干预式协同决策

针对Leader-Follower异构型有人/无人机混合编队协同决策系统具有递阶分布式决策结构、决策信息分散以及通信约束等特点,在智能体模糊认知图(ABFCM)和动态模糊认知图(DFCM)的理论基础上,提出了一种有限干预式协同决策机制。通过构建层次化的Follower平台自主决策模型,实现了该平台与外部系统良好的交互能力,体现了自主决策的"动态性"。通过设计Leader平台的3种干预策略,满足了不同层次的决策需求,体现了干预过程的"有限性"。仿真结果表明:有限干预协同决策模型能够适应外部环境的动态变化,充分发挥Follower平台的自主决策能力;而不同层次的有限干预介入既减轻了Leader平台的控制负荷,又保证了决策的有效性和可行性,可为解决其他同类复杂系统的协同决策问题提供理论依据和方法参考。     

多滑翔飞行器时间协同轨迹快速规划

从高超声速飞行器集群"探测-打击-评估"一体化任务需求出发,针对多滑翔飞行器时间协同再入轨迹规划问题进行研究,提出集群再入的协同形式及轨迹规划方案,基于改进序列凸化算法解决了再入总飞行时间的精确控制问题,从而实现滑翔段时间协同。首先,给出了滑翔飞行器集群的协同策略,将求解模型转化为协同时间的确定、协同时间约束下的轨迹规划子问题。将模型中的时间项误差等加入罚函数,提高了协同轨迹求解可行性。引入飞行路径角预设剖面作为软约束,并通过罚函数与信赖域自适应调整,以避免轨迹求解时的振荡问题,提高了序列凸化算法的收敛性。以CAV-H飞行器模型为例验证了算法的有效性,仿真结果表明,所提算法对初值的敏感性低,求解得到的再入总时间可调范围与伪谱法一致,轨迹规划结果的平滑性及计算时间均优于伪谱法。     

基于增量动态逆的协同轨迹控制方法研究

针对协同飞行飞机的队形保持和轨迹跟踪问题,提出一种基于增量动态逆的协同轨迹控制方法。首先按照时标分离原理,利用增量动态逆设计飞机航迹控制律;然后使用非线性制导法完成复杂轨迹跟踪控制;接着基于一致性理论,设计4架飞机的长机-僚机协同飞行轨迹控制律,长机利用L1轨迹制导跟踪期望飞行轨迹,僚机通过基于一致性协议的协同控制律进行队形变换并跟踪长机。仿真结果表明,该方案能够很好地完成协同队形变换和协同轨迹跟踪控制。     

基于模型的系统工程在航天器研制中的研究与实践

针对基于文档的传统航天器研制模式,存在着信息表示不准确、信息查找/更改困难等不足,指出基于模型的系统工程(MBSE)是解决这些问题的有效途径。根据MBSE的定义,分析其内涵;在继承国外实践成果的基础上,在航天器研制过程中进一步创新MBSE的理论,并应用MBSE理论指导航天器研制,以推动系统工程理论和实践的发展。     

地空协同防空目标抗差跟踪算法

针对现有系统误差配准算法以已知系统误差变化模型为前提条件、相应的目标状态估计易受系统误差配准结果影响等不足之处,在机载雷达与地基雷达协同防空预警体系下,对系统误差存在情况下的目标跟踪问题进行了研究,并提出了有效的地空协同防空目标抗差跟踪算法。仿真结果表明所提算法可得到无偏、稳定、有效的目标状态估计,并且相对于系统误差目标状态联合估计算法,所提算法计算量小,对系统误差变化有很强的鲁棒性,可适应实际工程应用中可能出现的异常情况,为后续决策提供稳定有效的目标信息。     

一种拦截机动目标的多导弹协同制导律

针对多导弹协同拦截一个机动目标问题,基于有限时间一致性理论提出了一种带有攻击角约束的多导弹协同制导律。首先建立了带有攻击角约束的多导弹协同制导模型。其次,把协同制导律的设计过程分离为两个部分：一是基于有限时间一致性,同时结合积分滑模和自适应控制设计沿着视线方向上的加速度指令,保证所有的导弹能够在有限时间内同时拦截机动目标;二是利用非齐次干扰观测器并运用滑模控制设计视线法向上的加速度指令来保证每枚导弹与目标间的视线角速率收敛到零和视线角收敛到期望的视线角。最后,对三枚导弹同时打击同一机动目标的情况进行仿真,仿真结果表明该设计的带有攻击角约束的协同制导律的有效性和正确性。     

基于鲁棒协同控制方法的多航天器交会问题

提出一种解决多航天器交会问题的协同控制算法。首先应用图论中邻接矩阵及拉普拉斯矩阵的定义及其相关性质,描述了多航天器之间的通信拓扑关系;其次对目标航天器轨道为椭圆形情况下的交会问题进行构建,并设计了相应的协同控制算法;最后利用李雅普诺夫函数证明该系统的稳定性,并且能够保证消耗的能量最优以及最大推力受限。仿真实验表明:提出的方法可以实现多航天器的协同交会,验证了该方法的有效性。