深空探測器自主任務規(guī)劃方法研究與系統(tǒng)設計.pdf

1、深空探測是21世紀世界宇航大國關注的焦點，由于深空探測的目標遠、飛行環(huán)境不確定等因素，使探測器的實時控制和操作成為難題。自主技術是解決這些問題的一條途徑，它通過星上的自主的軟件系統(tǒng)完成傳統(tǒng)地面的一系列任務，而星上自主的任務規(guī)劃是其一個重要的組成部分。本文基于探測Ivar小行星的設計方案，對深空探測器自主任務規(guī)劃方法和系統(tǒng)設計進行了研究。
　　本文先對深空探測器自主任務規(guī)劃中的三個關鍵問題——任務序列的規(guī)劃、導航小行星的篩選與規(guī)劃、

2、探測器大角度機動規(guī)劃進行了深入的研究，在解決這三個問題的基礎上，進行了深空探測器自主任務規(guī)劃系統(tǒng)的設計。具體內容如下：
　　在任務序列的規(guī)劃方面，本文提出了基于狀態(tài)擴展的規(guī)劃算法。采用狀態(tài)和狀態(tài)時間線表述探測器的任務及其約束關系?；跔顟B(tài)描述，利用時間線內和時間線間的擴展生成滿足約束的任務序列。
　　在自主光學導航方面，主要進行了導航小行星的篩選、拍照順序的規(guī)劃。對于導航小行星篩選問題，提出了基于小行星可見星等、距離、相對速

3、度、視線夾角的篩選準則，并利用綜合評估的方式進行導航小行星的篩選；對于小行星拍照序列規(guī)劃問題，分別采用反復最鄰近法和改進的遺傳算法進行求解，并對兩種方法進行了比較分析。并且引入差額篩選的策略，得到了更優(yōu)的導航性價比。
　　對于自主探測器大角度機動規(guī)劃問題，本文提出單軸隨機擴展算法，單軸隨機算法在生成隨機節(jié)點過程中充分利用鄰近點的信息，把規(guī)劃問題構造空間的維數(shù)由3減少到2，從而減少問題求解的搜索空間，最后利用前向搜索的方法對規(guī)劃路徑