非合作目标

摘要： 针对空间轨道博弈过程中的集群卫星和非合作目标追逃博弈情形下的动力学模型复杂、非合作目标机动信息未知,以及卫星间难以有效协调等问题,提出一种基于多智能体深度强化学习算法的集群卫星空间轨道追逃博弈方法。首先通过对博弈场景进行建模,在考虑最短时间、最优燃料以及碰撞规避的情形下进行奖励函数的塑造和改进,利用深度强化学习方法中的多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法进行集中训练,得到各个追捕卫星和逃逸卫星的最优追逃策略参数;然后分布式执行使得多个追捕卫星和逃逸卫星之间能够完成追逃博弈。仿真结果表明:该方法能够完成集群卫星对非合作目标的追逃博弈,且能够利用数量优势有效地弥补速度劣势,涌现出“围捕“”拦截“”合作“”潜伏”等一系列智能博弈行为,有效地实现了博弈目的。

摘要： 空间非合作目标的增多导致太空安全受到严重威胁,对非合作目标进行捕获回收具有维护空间安全、节约资源等现实意义。非合作目标捕获回收需要进行位姿估计,而目前在硬件资源有限的航天器平台上,现有的大多数非合作目标位姿估计算法无法同时满足及时性和准确性的要求。设计一种超轻量级目标检测网络YOLOGhostECA,利用GhostBottleneck网络减少特征图冗余,并使用高效注意力机制提取核心特征图,以降低模型参数,在提升运算速度的同时保证精度水平几乎不下降。根据YOLO-GhostECA网络的检测结果粗略估计姿态,以协助机械臂更加合理地执行智能捕获任务,解决2D识别算法无法检测出物体姿态的问题。在7自由度冗余机械臂上开展的空间非合作目标捕获地面模拟的实验结果表明,与YOLOv5s网络相比,该网络模型大小减小了80.4%,运算复杂度降低了78.9%,而精度基本保持不变,可准确快速地对非合作目标进行位姿估计,能够引导机器人成功捕获非合作物体。

摘要： 航天活动中的许多任务如对目标的绕飞观测和逼近停靠等测控任务,其中的关键技术之一是相对位姿估计,而对非合作目标的相对位姿估计更是其中的重点与难点;针对该难点,提出了一种融合单目相机和激光测距仪的空间非合作目标相对位姿紧耦合估计方法;采用单目相机获取目标序列图像,在初始化时利用激光测距仪解决单目相机尺度模糊性问题,构建真实尺度下的世界坐标系,在后续对非合作目标进行连续位姿估计时,使用紧耦合的形式融合相机与激光测距仪数据来优化估计位姿,并且解决估计漂移问题;最后使用Blender软件生成空间非合作目标序列图像,验证了文章介绍的算法能稳健地得到较高精度的空间非合作目标的相对位姿,且拥有较好的实时性。

摘要： 针对作战场景下非合作目标实时态势感知和目标识别的问题,提出了一种以雷达测量的目标航迹和信号强度信息为基准,实时估计和预测非合作目标飞行姿态的方法。通过计算雷达视线在目标坐标系内入射角度,结合定标的雷达状态参数,估计目标雷达截面(RCS)序列,形成与姿态相关的非合作目标动态RCS特性。利用飞行试验数据验证了算法的有效性,并分析了姿态估计存在滞后效应的原因。该方法可适用于所有雷达平台,应用于非合作目标的多维RCS特征样本库构建、目标识别和态势评估。

摘要： 基于TOF(time of flight)相机设计一种融合目标二维灰度信息与三维点云信息的位姿估计算法框架,解算追踪星与非合作目标之间的相对位姿.该算法框架使用TOF相机获取的目标的灰度图像和三维点云数据,采用基于弧段的椭圆提取方法和ICP(iterative closest point)点云迭代方法求解非合作目标的相对位姿信息.融合了基于灰度图像的图像处理算法与基于点云的位姿优化迭代算法提高了位姿解算算法的精度与鲁棒性,通过地面测试试验验证了所提算法框架的性能.在轨试验表明本文所提算法框架可以稳定有效地解算超近程空间非合作目标的相对位姿,为追踪星GNC分系统提供可靠导航信息且TOF相机输出相对位姿精度优于2°、5 cm.

摘要： 针对航天器空间交会过程中存在不确定性因素影响交会精度的问题,研究了一种基于长短时记忆(Long-Short Term Memory,LSTM)与预设性能控制(Prescribed Performance Control,PPC)理论的交会任务智能规划方法。建立了航天器交会相对运动模型,通过LSTM对非合作目标交会任务中的相对运动模型不确定因素进行辨识;采用PPC理论进行航天器交会任务规划,提高不确定性因素条件下的交会精度,通过仿真验证了方法的有效性。

摘要： 航天器在非合作目标的抓捕过程中,其姿态跟踪控制问题通常会受到角速度有界约束,对此提出了一种基于双环递归跟踪的自适应控制算法。根据抓捕过程中航天器转动惯量呈现出的非线性变化特性,利用线性回归算子将未知转动惯量矩阵转换成未知向量,并设计自适应律估计该向量。在系统设计时,外环采用有界虚拟角速度作为虚拟控制输入保证姿态的精确跟踪;内环基于障碍Lyapunov函数设计出包含转动惯量估计值的自适应控制律,理论证明了有界约束的角速度可对虚拟角速度实现快速精确跟踪,整个跟踪过程误差有界;然后通过数值仿真,分析非合作目标轨迹追踪的抓捕过程,结果表明所设计的算法具有较强的有效性和鲁棒性。

摘要： 随着传感器技术的不断发展,各式各样的用于感知颜色、距离、角度、速度、几何特征等信息的传感器被广泛应用于无人自主探测领域中。这些传感器能够帮助机器获得类似于人的感知能力。通过不断地获取外界信息、解析周边环境并根据这些信息做出相应的动作,愈发智能化的机器将协助或代替人类完成大量执行起来相对烦琐或困难的任务。可见光相机和激光雷达是两种常用于探测未知环境中的非合作目标的传感器设备。

摘要： 为了对空中/空间高速运动非合作目标辐射信号进行稳定接收,采用单脉冲跟踪体制,设计了一套被动无线电信号接收系统。针对单脉冲自动跟踪的相位检查,利用太阳辐射源解决了实装系统全频段全时校相问题。文中提出了一种多维度的目标信号自动跟踪联合制证准则,解决了信号参数、出现时间、出现空域均未知的非合作信号快速捕获与自动跟踪问题。通过某国空间非合作目标辐射信号的实收试验,证明系统可以在10 s内实现稳定自跟踪,验证了设计的有效性。

摘要： 针对考虑位姿耦合的非合作航天器交会对接场景,在没有速度测量情况下为了同时解决安全约束、模型不确定性、执行器故障和输入饱和问题,提出一种基于容积卡尔曼滤波算法(CKF)的自主安全接近方法。首先基于容积卡尔曼滤波器和扩张状态观测器(ESO)分别估计目标航天器的位姿信息和相对速度信息;然后通过将一种新颖的安全包络与人工势函数(APF)结合设计自适应滑模控制器,并设计非奇异辅助系统对执行器故障和输入饱和带来的影响进行集中处理。提出的控制策略在不违反安全约束情况下,能在固定时间内实现位置接近和姿态同步。通过李雅普诺夫方法可以保证闭环系统固定时间稳定。仿真结果表明,所提控制方法具有较高的精度和良好干扰抑制能力。

摘要： 随着北斗二号区域卫星导航系统的组网完成和全球卫星导航系统的建设部署,中国周边地区上空的北斗GEO/IGSO卫星数量显著增多.北斗GEO/IGSO卫星具有空间基线长、定轨与时间同步精度高,地面区域覆盖广的特点,这为利用北斗GEO/IGSO卫星对中国周边地区非合作目标进行无源定位提供了可能.本文利用北斗GEO/IGSO卫星,并采用3星/4星时差定位体制,对中国周边5000km范围内的非合作目标进行了定位仿真分析,仿真结果表明:对于地面或海面目标,当采用3星时差定位体制,在绝对位置误差10m,相对位置误差10m,时差测量随机误差100ns,时差测量系统误差10ns的典型指标下,定位精度优于0.2km;对于空中目标,当采用4星时差定位体制,在目标速度3Ma(马赫数),高程10km,且绝对位置误差10m,相对位置误差10m,时差测量随机误差100ns,时差测量系统误差10ns的典型指标下,定位精度优于0.5km.

摘要： 为了满足深空探测任务在近距离伴飞、着陆/附着等过程的试验需求,本文提出了一种面向深空非合作目标的相对运动模拟试验系统建设方案,以串联式六自由度运动模拟平台为核心,通过计算机仿真模拟相对运动动力学、探测目标以及导航敏感器,形成近距离伴飞、着陆/附着等过程的完整闭环,验证探测器的导航、制导与控制系统性能,为深空探测任务的顺利实施奠定基础.

摘要： 针对空间环境与条件下航天器对非合作目标实施自主导航,需要解决针对非合作目标的识别与跟踪、形态重建、相对导航测量、捕获控制等难题.本文将分析在上述空间环境条件下对非合作目标的识别与自主导航的算法研究.针对空间在轨服务对非合作目标高精度逼近导航、抓取以及维修服务的需求,探索解决高精度逼近过程中相对位姿测量方法,以及实现高精度导航的新途径.对空间环境的非合作目标特性进行分析与仿真,对空间非合作目标自主形态识别与高精度三维重建技术进行研究,全面解决对空间非合作目标高精度自主导航核心关键技术,研究空间非合作目标探测识别与相对位姿求取技术并进行仿真实验验证.

摘要： 针对非合作目标的自主逼近策略具有和单航天器不同的轨控思路,要求具有较高自主权限和较高比冲推力以维持特定的轨道和几何构型.本文基于现有卫星平台技术和设备体制,提出一套针对非合作目标的自主逼近策略,采用具有轨道预测功能的自主轨道控制系统和肼介质轨控发动机完成自主逼近控制.与姿控采取的实时反馈控制不同,本文所设计的非合作目标逼近控制具有相对慢控制频率和较高比冲推力的特性;具有轨道预测功能的控制系统可提供充足的准备时间以保证肼介质轨控发动机完成姿控、地面校验和热控等一系列操作,大大提高对非合作目标逼近的灵活机动性和环绕飞行周期时间.本文以空间非合作目标为例进行自主逼近策略设计,将逼近过程设定为近程逼近段、绕飞及重构段和撤离段,仿真结果表明本文提出的自主轨控策略能有效实现自主逼近非合作目标.

摘要： 本文针对空间非合作目标的相对位姿估计问题,提出了一种基于SoftPOSIT算法的单目视觉方法.该方法针对模型尺寸已知的非合作目标航天器,在目标特征点和图像特征点对应关系未知的条件下,通过SoftPOSIT算法,解得相机相对于目标航天器的相对位姿以及二维点和三维点之间的匹配关系,仿真结果表明该算法有效可行.

摘要： 飞行器在轨精度跟踪优化问题,根据在轨服务任务需求,针对非合作翻滚目标航天器的自主接近跟踪问题,首先从采用视线坐标系表示的轨道动力学方程和修正罗德里格斯参数表示的姿态动力学方程出发,建立了航天器六自由度类拉格朗日动力学方程;然后仅利用相对位置和相对姿态反馈信息并针对航天器惯性参数不确定性,采用自适应非线性输出反馈控制和神经网络逼近控制方法设计了姿轨联合控制器,并通过Lyapunov直接法证明了该闭环系统的全局渐进稳定性;最后通过仿真验证了采用的方法能够实现对非合作目标的精确跟踪.

摘要： 针对移动平台雷达同时探测到合作目标与非合作目标怎样进行空间配准的问题,提出一种一体化的空间配准算法,将基于合作目标的雷达系统偏差估计结果作为附加条件输入到基于非合作目标建立的线性方程组中,一起采用递推最小二乘法重新估计两平台的系统偏差大小.仿真结果表明提出的新方法切实可行,合理地利用了合作目标信息与共同量测的非合作目标信息,提高了雷达量测系统偏差估计的准确性和最终目标航迹的配准精度.

摘要： 本文对空间机器人的定义及分类进行了梳理,选取用于在轨服务的自由飞行空间机器人作为研究对象.分析得出针对高轨非合作目标操作的空间机器人正在研发试验阶段等发展现状;分别研究美国、欧洲、日本的重点空间机器人项目并总结发展特点;推论出空间机器人将朝智能自主、操作任意目标、多轨道可达、快速机动、多功能一体化方向发展的趋势.

摘要： 空间非合作未知目标的显著特点是位置姿态不确定和动力学参数未知,包括目标的质量和转动惯量、所受的环境扰动、逃逸机动时的控制力和力矩等.本文针对空间非合作未知目标,设计了追踪航天器的接近控制策略.首先,在地心惯性系下建立了追踪航天器与目标之间的相对运动动力学,并转化到追踪航天器本体系中描述.然后,为便于实现不确定条件下的交会对接控制,设计了扩张状态观测器对相对运动动力学中总的不确定量进行估计和补偿.最后,设计了相应的滑模控制律进行反馈控制.仿真结果表明,所提出的接近控制策略针对自由翻滚目标和逃逸机动的目标都能取得良好的跟踪效果.

摘要： 随着人类对太空的不断探索,空间非合作目标(空间碎片,废旧卫星,敌对卫星等)越来越多,对现有的太空飞行器和未来的探索活动构成了严重的威胁.近年来针对太空碎片等非合作目标提出了一种柔性捕捉技术——飞网捕捉.针对上述背景,首先对飞网捕捉中常见的展开不稳定问题和飞网翻滚缠绕问题进行研究,并进行结构设计.然后对旋转飞网的材料和构型进行详细分析.最后利用ANSYS/LS-DYNA软件中的APDL参数化语言对旋转飞网和目标进行建模,并分别对静态和动态旋转飞网进行碰撞仿真.仿真结果表明所建模型能够比较好地模拟飞网大变形、大位移的特点,同时也表明了动态旋转飞网能够有效地降低目标的冲击作用,为以后研究刚柔体碰撞提供一定的理论基础.

摘要： 提供了从非目标和目标多核苷酸的混合物富集非目标多核苷酸的组合物和方法，其中目标多核苷酸与非目标多核苷酸之间的差异包括修饰碱基的程度，其以比在非目标多核苷酸中更大的密度存在于目标多核苷酸中。这使目标多核苷酸选择性地和快速地结合至亲和基质如亲和蛋白质涂布的磁珠，在上清液中提供非目标多核苷酸的富集。该富集的一种应用是从得自人组织样本的DNA混合物去除人基因组DNA以富集微生物多核苷酸，从而通过DNA测序表征微生物。

摘要： 本发明公开的一种合作目标与非合作目标共存的交替卡尔曼空间配准方法，旨在提供一种不受地球曲率影响，传感器系统偏差估计精度高的交替卡尔曼空间配准方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在地心地固坐标系下，对分置在两移动平台上的两传感器的量测系统偏差向量和滤波估计协方差赋滤波初值；建立空间配准量测模型，具体包括构建合作目标只被一个传感器观测到和同时被两传感器观测到的量测方程，以及非合作目标同时被两传感器观测到的量测方程；根据量测方程，不断地对上述基于合作目标信息与基于非合作目标信息进行交替卡尔曼滤波，直到得出传感器量测系统偏差估计值，并利用它们对传感器量测数据进行补偿，完成整个空间配准过程。

摘要： 本发明涉及图像处理领域，一种基于空间目标图像数据库的非合作目标图像盲复原方法，利用已有的空间目标高分辨率图像建立数据库，以数据库内目标图像结构特点构建海量的无监督匹配模板，借助神经网络通过无监督学习对退化的非合作目标图像进行复原。本发明可广泛应用于卫星、火箭、空间碎片等空间目标的图像复原。

摘要： 一种可自动弹开的附着机构壳体及非合作目标合作化方法，附着机构壳体包括座体、筒体、电路板支撑架、自动弹开机构、罩盖、盖扣、内部推进机构及标志器机械接口，整个壳体与空间附着机构配合，实现对附着机构的封装；当附着机构开始在轨附着任务时，自动弹开机构将罩盖自动弹开，在推进机构作用下将附着机构推出筒体一定距离，对非合作目标实施附着，设置于座体底部的机械接口通过搭载特征标志器或对接口，将非合作目标变成合作目标，从而实现非合作目标的合作化。

摘要： 本发明涉及一种空间非合作目标非完全约束组合体的动力学建模方法，属于航空航天技术领域。该方法包括四个步骤：首先，对机械臂末端和被抓捕目标分别建模；然后，定义机械臂和目标之间的接触为一个多模式的单边约束问题；接着，将机械臂和被抓捕目标的动力学方程与二者之间的连接模式模型进行集成和整合，得到一种基于多模式切换的组合体紧凑动力学模型；最后，进行动力学积分，求出系统的运动轨迹。本发明弥补了现有建模方法无法准确反映系统整体运动特性的不足，为相关研究提供了理想的动力学模型，该模型能够准确识别机械臂末端与被抓捕目标之间的连接运动模式且相关参数能够直接通过传感器测得，具有广泛的应用前景。

摘要： 本发明公开的一种合作目标与非合作目标共存的交替卡尔曼空间配准方法，旨在提供一种不受地球曲率影响，传感器系统偏差估计精度高的交替卡尔曼空间配准方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在地心地固坐标系下，对分置在两移动平台上的两传感器的量测系统偏差向量和滤波估计协方差赋滤波初值；建立空间配准量测模型，具体包括构建合作目标只被一个传感器观测到和同时被两传感器观测到的量测方程，以及非合作目标同时被两传感器观测到的量测方程；根据量测方程，不断地对上述基于合作目标信息与基于非合作目标信息进行交替卡尔曼滤波，直到得出传感器量测系统偏差估计值，并利用它们对传感器量测数据进行补偿，完成整个空间配准过程。

摘要： 本发明涉及图像处理领域，一种基于空间目标图像数据库的非合作目标图像盲复原方法，利用已有的空间目标高分辨率图像建立数据库，以数据库内目标图像结构特点构建海量的无监督匹配模板，借助神经网络通过无监督学习对退化的非合作目标图像进行复原。本发明可广泛应用于卫星、火箭、空间碎片等空间目标的图像复原。

摘要： 本发明公开了一种基于固定目标与非合作目标的雷达系统偏差估计方法，包括以下步骤：1.建立单雷达基于固定目标的量测方程，通过选择不同采样间隔，来估计单雷达的系统偏差。2.建立双雷达基于非合作目标的量测方程，通过两雷达在同一时刻对目标量测相等的思路建立方程可估计出两雷达的系统偏差。3.当固定目标和非合作目标同时存在时，将基于固定目标估计出的单雷达结果作为初值放入到非合作估计中，实现固定目标和非合作目标的联合配准。4.理论分析这种联和融合后的算法性能优于单独使用固定目标和单独使用非合作目标得到的结果。本发明与现有的雷达系统偏差估计技术相比，在融合后系统偏差估计精度优于任意单个信息源的估计精度。

摘要： 一种可自动弹开的附着机构壳体及非合作目标合作化方法，附着机构壳体包括座体、筒体、电路板支撑架、自动弹开机构、罩盖、盖扣、内部推进机构及标志器机械接口，整个壳体与空间附着机构配合，实现对附着机构的封装；当附着机构开始在轨附着任务时，自动弹开机构将罩盖自动弹开，在推进机构作用下将附着机构推出筒体一定距离，对非合作目标实施附着，设置于座体底部的机械接口通过搭载特征标志器或对接口，将非合作目标变成合作目标，从而实现非合作目标的合作化。

摘要： 本发明涉及一种空间非合作目标非完全约束组合体的动力学建模方法，属于航空航天技术领域。该方法包括四个步骤：首先，对机械臂末端和被抓捕目标分别建模；然后，定义机械臂和目标之间的接触为一个多模式的单边约束问题；接着，将机械臂和被抓捕目标的动力学方程与二者之间的连接模式模型进行集成和整合，得到一种基于多模式切换的组合体紧凑动力学模型；最后，进行动力学积分，求出系统的运动轨迹。本发明弥补了现有建模方法无法准确反映系统整体运动特性的不足，为相关研究提供了理想的动力学模型，该模型能够准确识别机械臂末端与被抓捕目标之间的连接运动模式且相关参数能够直接通过传感器测得，具有广泛的应用前景。