深空探测自主导航技术综述

由于深空探测任务具有飞行时间长、距离远、环境复杂多变的特点,基于地面深空网的导航方法存在通信时延大、传输效率低以及天体遮挡等问题。自主导航技术可以使探测器具备自主执行部分或全部导航功能的能力,大大减轻了探测器对地面站的依赖程度,已成为深空探测领域的重点研究内容。从国内外深空探测任务的实际工程需求出发,首先概述了天文导航、惯性基组合导航以及星间测量导航方法的基本原理,其次介绍了三种自主导航方法的国内外发展现状,并重点分析了三种自主导航方法的关键技术,最后对未来深空探测自主导航技术发展给出了若干建议。     

多源自主导航系统可信性研究

多源自主导航系统技术是新一代国家综合定位、导航与授时(Positioning, Navigation and Timing, PNT)体系下终端用户导航系统的技术发展方向。聚焦于导航信息智能决策的可信性,分析了可信性理论构建存在的科学技术问题,基于任务场景、运动环境以及载体动力学特征等,提出了多源自主导航系统中的载体动力学智能建模与计算、融合载体动力学特征的导航方式无感切换与智能决策、可信性自主判别与动态迭代优化的解决方案,为多源自主导航系统技术体系构建打下基础。     

三十年不断发展的MEMS惯性传感器

近三十年来,MEMS惯性传感器技术取得了巨大进步,在人类生活、工业和高端装备等方面得到了广泛应用。概述了MEMS惯性传感器在我国的发展历程与主要路线,并以车辆辅助驾驶为例,总结了国内外MEMS惯性传感技术的快速发展与典型应用情况,研判了MEMS惯性传感器正在向高可靠、集成化、高融合与智能化等方向加速发展。     

面向月面大范围移动任务的脱困方法研究

为满足月面长距离大范围移动任务的可靠性与安全性要求,针对大型轮式移动平台在月面易发生受困的问题,提出一种面向月面大范围移动任务的脱困方案。基于月面环境特点整理归纳高风险受困工况,并分析各工况的临界受困地形参数,提出并细化了采用脱困机器人携带锚定设备实现稳固锚定后对大型移动平台实施牵引的脱困方案,基于等效法和力平衡法对脱困所需牵引力进行了理论分析,并通过动力学仿真验证。结果表明：脱困所需牵引力计算方法可靠性较高,所需牵引力数值范围合理,脱困方案具有工程实现可行性。     

在轨实时引导多星成像任务规划方法研究

针对遥感卫星在轨自主任务规划的强时效需求和依赖地面系统的现状,通过分析卫星的轨道特性和多载荷工作配合的方式,提出了一种面向在轨实时引导成像的多星自主任务规划方法。文章首先根据成像的要求,将卫星载荷对目标的可见性,统一转化为"时间-姿态"信息,在保留有效信息的前提下对轨道递推模型合理简化,设计了卫星成像的无冲突任务序列生成方法,并为优化成像收益设计了临机调整策略。仿真结果表明:面向在轨实时引导成像的多星自主任务规划方法能实现将多目标向多星系统的分配,增加临机调整策略后,可实时地通过用高收益目标替代低收益目标的方式提高整个规划方案的成像收益,所提出的方法有效,研究结果可为多星在轨自主任务规划技术研究提供参考。     

基于磁力计、IMU和单目视觉的自主定位方法

基于单目视觉与惯性测量单元(IMU)融合的SLAM(simultaneous localization and mapping)技术,具有硬件成本低、体积小和消耗计算资源少等优点,在移动机器人导航系统中得到了广泛的应用。单目视觉SLAM系统主要通过求解对极几何来解算位姿,但当平移为零时(仅存在姿态旋转运动),存在解算漂移的问题。通过将磁力计的数据融合到单目视觉SLAM算法中,不但可以解决纯旋转情况下姿态解算漂移问题,还可以提高解算精度。物理仿真实验的结果表明,与传统的SLAM算法相比,本文提出的基于磁力计、IMU和单目视觉融合的算法具有精度高、鲁棒性好的优点。     

无人机飞行控制与管理

从无人机工程研制的角度出发,介绍了工程中常用的无人机飞行控制与管理系统的组成、结构、功能与外部接口;分析了系统功能设计时在飞行控制、飞行任务管理与规划、机载设备故障判断与处理、遥控遥测管理以及任务设备管理等方面应考虑的主要问题;从系统控制权限逐步增大的角度论述了无人机典型的遥控控制、人工干预自动控制以及自主控制等控制方式的特点、适用情形和发展前景;讨论了系统研制过程中的控制律设计、控制与管理策略设计、软件开发和高逼真仿真试验等主要关键技术;最后,归纳了区别于有人机系统的显著特点以及通用化、综合化、智能化和网络化的发展趋势。     

无人机在恶劣气象条件下的自主决策技术

无人机(UAV)在实际战场环境中受恶劣气象条件等许多不确定因素的影响,因此必须不断提高其自主决策能力。主要研究无人机自主探测恶劣气象并进行自主决策的问题,首先介绍了影响无人机飞行的典型恶劣气象条件,然后提出了利用机载传感器获取气象信息并建立恶劣气象数学模型的方案,并提出了采用专家系统理论解决无人机遭遇恶劣气象时的自主决策问题。最后,对无人机在风切变、雷暴和紊流3种常见恶劣气象下的自主决策过程进行仿真。经分析,决策结果合理,仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。     

“天行者”小型无人直升机自主飞行控制系统设计

介绍了上海交通大学"天行者"小型无人直升机自主飞行控制系统的设计及实现技术。首先引入了德国柏林工业大学基于牛顿力学建立的小型无人直升机动力学模型,然后基于此模型设计了直升机飞行姿态控制器。之后引入一种针对二次积分模型基于期望响应轨迹设计控制器的控制算法,文中简称为MTC,设计实现了直升机飞行位置的不超调控制和飞行速度控制。实际飞行控制试验结果验证了飞行控制算法的有效性。仿真试验表明,基于MTC算法所设计的飞行导引点方法,可用于实现多航点路径的不减速连续曲线轨迹的飞行控制。     

航空航天焊接结构件应力与变形的预测与控制

焊接是航空航天结构件制造的主要方法之一,焊接结构的应力与变形是构成焊接构件质量的重要因素,是焊接质量控制的重要内容。