弱引力小天体的自主捕获与相对导航方法

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作者 刘一武 胡锦昌 +3 位作者 梁潇 田启航 张辉 尹芳 《中国空间科学技术（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第4期50-58,共9页

远距离自主捕获与近距离高精度自主相对导航是小天体探测任务中的关键问题,并且目标尺寸越小,问题越突出。首先,针对数万千米到数千千米远距离范围内的星空背景暗弱目标难以识别的问题,提出综合利用运动学和亮度的全自主捕获和识别方法... 远距离自主捕获与近距离高精度自主相对导航是小天体探测任务中的关键问题,并且目标尺寸越小,问题越突出。首先,针对数万千米到数千千米远距离范围内的星空背景暗弱目标难以识别的问题,提出综合利用运动学和亮度的全自主捕获和识别方法,可以实现距离大范围变化的快速准确捕获,具备了3万千米以远捕获10等星暗弱目标的能力;其次,针对数千到数十千米范围交会段视线测量可观性不足的问题,提出基于视线和轨迹机动一体化设计的相对导航方法,在考虑燃料消耗的前提下有效地提高了轨迹可观性,实现了交会段优于5%精度的相对位置导航;最后,针对近距离不规则小天体表面附近的相对导航问题,提出基于图像陆标和点云特征相结合的光学导航方法,可同时适应阳照区和阴影区的探测需求,并结合基于多源数据融合的弱引力小天体重力场反演方法,进一步提高近距相对导航的精度,近距采样相对位置优于1 m,相对速度优于1 cm/s。对所提出的方法进行了数学和物理的仿真验证。提出的方法有效解决了小天体探测中的高精度相对导航问题,也能适用于数十米量级直径大小和明暗快速交替变化的小天体着陆探测任务。 展开更多

关键词 小天体探测 接近与附着 自主捕获 相对导航 图像导航

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嫦娥六号月球轨道无人自主交会制导、导航与控制技术

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作者 王勇 刘涛 +8 位作者 乔德治 郑永洁 李轶 于丹 胡锦昌 马琳 郭朝礼 邱芳 桂庆华 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2024年第6期24-33,共10页

环月轨道交会对接是嫦娥六号任务最为重要的关键环节之一.为了在月球环境下实现高精度和高可靠的交会对接,嫦娥六号轨道器采用了基于“滤波器独立,估计值融合”思路设计的自主导航算法、基于时间+角度条件规划的霍曼交会寻的制导算法、... 环月轨道交会对接是嫦娥六号任务最为重要的关键环节之一.为了在月球环境下实现高精度和高可靠的交会对接,嫦娥六号轨道器采用了基于“滤波器独立,估计值融合”思路设计的自主导航算法、基于时间+角度条件规划的霍曼交会寻的制导算法、采用动态规划控制死区方式实现控制参数的自适应调整,使用全新的脉宽等效式伪速率调制器进行喷气调制,设计了六自由度相对位姿控制器,解决了在地面支持弱、环境不确定性强的环月轨道无人自主交会对接的核心技术.基于这些技术,嫦娥六号成功实现了人类首次月球背面采样返回. 展开更多

关键词 嫦娥六号 月球轨道 交会对接 制导、导航与控制

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月球着陆器最终下降段的制导与控制方法研究 被引量：3

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作者 胡锦昌 张洪华 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期1577-1585,共9页

对月球着陆器从约100m到30m之间高度的最终下降段的制导与控制方法进行了研究。提出了一种保证推力有界的简单制导方案,并从理论上严格证明了制导与姿态控制系统的几乎全局渐近稳定的性质。本文的创新之处在于:设计了嵌套饱和函数形式... 对月球着陆器从约100m到30m之间高度的最终下降段的制导与控制方法进行了研究。提出了一种保证推力有界的简单制导方案,并从理论上严格证明了制导与姿态控制系统的几乎全局渐近稳定的性质。本文的创新之处在于:设计了嵌套饱和函数形式的特殊制导律,该制导律不仅满足主推力有界和可以防止姿态控制中的奇异问题,而且具有形式更为简单和调节着陆器的最大允许偏斜角等优点;得益于制导律的嵌套饱和函数形式,证明了目标角速度的全局有界性质,从而可以获得姿态子系统相对于制导子系统的分离性质。 展开更多

关键词 月球着陆器 制导与控制 嵌套饱和函数 饱和控制 最终下降段

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基于浸入与不变流形的抗干扰饱和姿态控制器 被引量：2

4

作者 胡锦昌 张洪华 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期31-38,共8页

设计了一种抗慢时变干扰的简单饱和姿态控制器。其基本原理是将干扰作为未知参数,然后利用浸入与不变流形的方法设计了独立于控制器的干扰估计器,从而再基于干扰的估计结果设计饱和控制器。该控制器形式简单,由比例与微分项和干扰补偿... 设计了一种抗慢时变干扰的简单饱和姿态控制器。其基本原理是将干扰作为未知参数,然后利用浸入与不变流形的方法设计了独立于控制器的干扰估计器,从而再基于干扰的估计结果设计饱和控制器。该控制器形式简单,由比例与微分项和干扰补偿项组成,各部分物理意义明确。根据浸入与不变流形方法,通过严格的理论证明得到了如下结果:对于慢时变干扰的情况,通过调整控制干扰辨识收敛速度的参数,可以使得理论上的姿态最终控制误差任意小(实际仿真误差还受限于由数值稳定性决定的时间步长);对于干扰为常值的情况,则可以完全消除干扰的影响,并获得系统状态渐近稳定的结果。最后通过数值仿真验证了控制方案的可行性。 展开更多

关键词 饱和姿态控制 抗干扰 浸入与不变流形 卫星

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基于自适应的月球着陆器悬停避障方法 被引量：1

5

作者 胡锦昌 张洪华 李毛毛 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2017年第6期25-31,共7页

考虑质量和推力不确定性,月球着陆器在悬停避障时将难以快速稳定到设计高度.为解决此问题,提出一种基于自适应的高精度悬停避障方法,其核心是利用位置测量作为观测器的输入,对质量和推力不确定性进行快速估计和补偿.与基于PID的方案相比... 考虑质量和推力不确定性,月球着陆器在悬停避障时将难以快速稳定到设计高度.为解决此问题,提出一种基于自适应的高精度悬停避障方法,其核心是利用位置测量作为观测器的输入,对质量和推力不确定性进行快速估计和补偿.与基于PID的方案相比,该方案具有估计速度更快的优点,能够快速实现高精度的悬停避障控制.最后对所提方法给出仿真验证. 展开更多

关键词 月球着陆 悬停避障 质量和推力不确定性 浸入与不变流形

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关于干扰作用下航天器姿态饱和控制的结果

6

作者 胡锦昌 张洪华 +1 位作者 王泽国 陈上上 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2018年第4期56-60,共5页

针对在不同干扰作用下姿态系统的饱和控制问题,对闭环系统的收敛性和稳定性进行深入研究.研究表明,对于连续型的饱和PD控制律,为保证四元数和角速度平衡点的收敛性,外界干扰应至少是二阶可积的;对于切换型的饱和PD控制律,则只需要干扰... 针对在不同干扰作用下姿态系统的饱和控制问题,对闭环系统的收敛性和稳定性进行深入研究.研究表明,对于连续型的饱和PD控制律,为保证四元数和角速度平衡点的收敛性,外界干扰应至少是二阶可积的;对于切换型的饱和PD控制律,则只需要干扰趋于零即可保证闭环系统的全局渐近稳定性.通过仿真验证本文证明结果的正确性.本文的结果对于受干扰作用和输入受限的姿态控制问题具有一定的指导作用. 展开更多

关键词 饱和控制 混杂控制 姿态控制 航天器

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一种具有饱和积分项的卫星姿态控制律

7

作者 胡锦昌 张洪华 《空间控制技术与应用》 2012年第6期18-22,44,共6页

为消除常值干扰的影响,提出了一种具有饱和积分项的类PID姿态控制律.所提出的控制律不仅可以消除常值干扰带来的影响,并且由于积分项具有饱和约束,该控制律可以防止控制量由于积分项的持续积分而变得过大.利用前向系统的相关理论,严格... 为消除常值干扰的影响,提出了一种具有饱和积分项的类PID姿态控制律.所提出的控制律不仅可以消除常值干扰带来的影响,并且由于积分项具有饱和约束,该控制律可以防止控制量由于积分项的持续积分而变得过大.利用前向系统的相关理论,严格证明了闭环系统的全局渐近稳定性质,并给出了相应的充分条件.仿真验证了该方法的有效性. 展开更多

关键词 姿态控制 类PID控制 饱和控制 前向系统

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天问一号火星探测器EDL过程自主导航技术 被引量：7

8

作者 李茂登 黄翔宇 +8 位作者 徐超 郭敏文 胡锦昌 赵宇 刘旺旺 王晓磊 徐李佳 王云鹏 郝策 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期11-20,共10页

针对天问一号探测器进入、下降和着陆(EDL)过程的大动态、强不确定性给导航系统带来的挑战,基于多敏感器信息融合理论,设计了天问一号探测器高容错强自主着陆导航算法,以实现在EDL过程大不确定性、多敏感器故障以及陀螺饱和带来的姿态... 针对天问一号探测器进入、下降和着陆(EDL)过程的大动态、强不确定性给导航系统带来的挑战,基于多敏感器信息融合理论,设计了天问一号探测器高容错强自主着陆导航算法,以实现在EDL过程大不确定性、多敏感器故障以及陀螺饱和带来的姿态基准丢失情况下的导航状态准确可靠估计。天问一号探测器实际在轨飞行结果验证了自主导航系统设计的正确性和有效性。 展开更多

关键词 天问一号 进入、下降和着陆过程 自主导航 信息融合

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天问一号探测器火星着陆自主避障技术设计与验证 被引量：7

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作者 刘旺旺 李茂登 +11 位作者 李涛 王云鹏 张晓文 刘洋 郝策 朱飞虎 胡锦昌 赵宇 徐李佳 华宝成 黄翔宇 王晓磊 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期46-55,共10页

针对天问一号探测器火星着陆过程多体运动及表面地形不确定性强的任务特点,提出了粗避障与伞-背罩组合体规避的协同控制策略以及激光三维配以双目立体视觉的精避障策略,介绍了障碍检测与规避系统的硬件配置、飞行过程、障碍检测与规避... 针对天问一号探测器火星着陆过程多体运动及表面地形不确定性强的任务特点,提出了粗避障与伞-背罩组合体规避的协同控制策略以及激光三维配以双目立体视觉的精避障策略,介绍了障碍检测与规避系统的硬件配置、飞行过程、障碍检测与规避部分算法,并通过地面悬停避障专项试验验证了障碍检测与规避策略的有效性,可为后续火星采样返回任务和载人火星探测任务的着陆过程提供一定参考。 展开更多

关键词 天问一号探测器 制导导航与控制(GNC) 障碍检测与规避 进入、下降与着陆(EDL)

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欠驱动挠性航天器的全姿态控制 被引量：7

10

作者 张洪华 王芳 +1 位作者 胡锦昌 王泽国 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期419-429,共11页

考虑欠驱动挠性航天器姿态控制问题,其中执行机构配置为两轴喷气和飞轮执行机构。提出了"喷气消旋+飞轮机动"的分段控制方法,其基本思想是:首先利用喷气推进执行机构使航天器整星角动量趋于零,为飞轮控制做准备;然后利用飞轮... 考虑欠驱动挠性航天器姿态控制问题,其中执行机构配置为两轴喷气和飞轮执行机构。提出了"喷气消旋+飞轮机动"的分段控制方法,其基本思想是:首先利用喷气推进执行机构使航天器整星角动量趋于零,为飞轮控制做准备;然后利用飞轮执行机构使航天器从任意姿态转向指定姿态并维持。针对"喷气消旋",说明了提出的控制规律能够保证航天器角动量全局渐近收敛于任意小量;针对"飞轮机动",证明了航天器全姿态具有大范围渐近稳定性;针对"喷气消旋+飞轮机动"的完整过程,采用扰动系统理论分析了闭环控制系统的大范围终端有界性。 展开更多

关键词 欠驱动航天器 挠性航天器 姿态控制 姿态角速度 渐近稳定性

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火星轨道交会自主导航与制导方法 被引量：5

11

作者 刘涛 解永春 +1 位作者 王晓磊 胡锦昌 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期406-414,共9页

对火星采样返回任务中的火星轨道交会自主导航和制导技术进行了研究。采用光学自主导航敏感器测量的火星中心方向和视半径,相对敏感器测量的相对位置等观测量,设计了导航滤波器同时估计轨返组合体和上升器的轨道。在导航滤波器设计中,... 对火星采样返回任务中的火星轨道交会自主导航和制导技术进行了研究。采用光学自主导航敏感器测量的火星中心方向和视半径,相对敏感器测量的相对位置等观测量,设计了导航滤波器同时估计轨返组合体和上升器的轨道。在导航滤波器设计中,针对光学自主导航敏感器更新频率远低于滤波解算频率的问题,设计了一种连续观测量构造算法,确保每个滤波周期均可进行测量更新,以提高导航精度。基于导航滤波器估计结果,采用T-H制导设计了4脉冲共椭圆交会策略实施轨道控制,从而构成近程交会自主导航和制导方案用于完成火星轨道交会任务。通过数学仿真校验了所提出方法的有效性。 展开更多

关键词 火星轨道 交会 自主导航 制导

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静止轨道卫星远程交会策略设计 被引量：5

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作者 刘涛 胡海霞 +1 位作者 解永春 胡锦昌 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1015-1022,共8页

针对静止轨道卫星在轨服务任务,提出一种4脉冲远程快速交会规划方法,可在5圈内完成远程交会。调相策略设计中,通过对基于近圆偏差方程的变轨规划策略进行改进,设计得到了3脉冲调相方案。首先,固定第1和第2调相脉冲执行位置,对3个调相脉... 针对静止轨道卫星在轨服务任务,提出一种4脉冲远程快速交会规划方法,可在5圈内完成远程交会。调相策略设计中,通过对基于近圆偏差方程的变轨规划策略进行改进,设计得到了3脉冲调相方案。首先,固定第1和第2调相脉冲执行位置,对3个调相脉冲的速度增量及第3调相脉冲的执行位置进行设计优化;再固定第1调相脉冲,对第2和第3调相脉冲的速度增量和执行位置进行再次优化。轨道面调整设计中,通过求解轨道面节线位置,采用单一法向脉冲进行轨道面修正。数学仿真校验了所提出方法的有效性。 展开更多

关键词 静止轨道卫星 在轨服务 远程交会

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一种用于非合作目标惯性指向轴位置捕获的绕飞方法 被引量：2

13

作者 刘涛 王勇 +1 位作者 解永春 胡锦昌 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期524-531,共8页

本文提出一种用于非合作目标惯性指向轴位置捕获的绕飞方法。该方法依据实时相对位置和目标位置确定绕飞坐标系;在绕飞坐标系中,分别采用扇形轨迹和直线轨迹设计了两类接近轨迹规划策略,利用相对位置和目标位置间的夹角进行规划策略选择... 本文提出一种用于非合作目标惯性指向轴位置捕获的绕飞方法。该方法依据实时相对位置和目标位置确定绕飞坐标系;在绕飞坐标系中,分别采用扇形轨迹和直线轨迹设计了两类接近轨迹规划策略,利用相对位置和目标位置间的夹角进行规划策略选择,以规划得到过渡目标位置,并采用CW制导进行过渡目标位置的接近控制;为保证绕飞过程中相对测量敏感器始终有效测量,还设计了姿态指向控制律使追踪航天器x轴指向目标航天器。数学仿真校验了所设计方法的有效性。 展开更多

关键词 非合作目标 惯性指向轴 绕飞

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火星精确定点着陆多信息融合自主导航与控制方法研究 被引量：9

14

作者 黄翔宇 徐超 +3 位作者 胡荣海 李茂登 郭敏文 胡锦昌 《深空探测学报》 2019年第4期348-357,共10页

针对火星定点采样、载人登陆和基地构建等任务的需求,提出了一种火星精确定点着陆多信息融合自主导航与控制(Guidance Navigation and Control,GNC)方案。针对大气进入前的高精度导航需求,提出了基于X射线脉冲星和火星表面陆标图像的融... 针对火星定点采样、载人登陆和基地构建等任务的需求,提出了一种火星精确定点着陆多信息融合自主导航与控制(Guidance Navigation and Control,GNC)方案。针对大气进入前的高精度导航需求,提出了基于X射线脉冲星和火星表面陆标图像的融合自主导航方法;针对火星着陆探测进入、下降和着陆(Entry,Descent and Landing,EDL)过程的高精度绝对和相对导航需求,提出了基于陆标图像、IMU(Inertial Measurement Unit)和测距测速信息的多信息融合自主导航方法;针对精确定点着陆要求,设计了大气进入和动力下降过程的制导与控制算法。数学仿真结果表明,提出的方案能够实现高精度的定点着陆(精度100 m)和相对避障(精度为0.5 m),可满足任务需求。 展开更多

关键词 定点着陆 自主导航 信息融合 GNC方案

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三维充液航天器的位置和姿态联合控制 被引量：1

15

作者 王泽国 张洪华 胡锦昌 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2017年第3期15-20,共6页

考虑充液月球着陆器悬停避障阶段的控制问题,采用三维球摆作为液体晃动部分的等效模型.针对球摆与刚体耦合的三维动力学模型,给出动力学模型的矢量方程及各矢量在本体系的投影坐标,设计位置和姿态联合控制器.所设计的控制器可以稳定航... 考虑充液月球着陆器悬停避障阶段的控制问题,采用三维球摆作为液体晃动部分的等效模型.针对球摆与刚体耦合的三维动力学模型,给出动力学模型的矢量方程及各矢量在本体系的投影坐标,设计位置和姿态联合控制器.所设计的控制器可以稳定航天器刚体的位置和姿态,且只依赖刚体的位置和姿态,不依赖晃动角或者动力学方程,利于工程应用.利用LaSalle不变原理分析闭环系统的稳定性,给出期望姿态为竖直时系统渐近稳定的控制器参数选择依据.最后数值仿真验证控制方法的有效性. 展开更多

关键词 液体晃动 位置和姿态联合控制 三维球摆 充液航天器

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天问一号进入下降着陆过程GNC关键技术 被引量：3

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作者 黄翔宇 郭敏文 +5 位作者 李茂登 徐超 胡锦昌 王晓磊 赵宇 刘旺旺 《国际太空》 2021年第7期14-18,共5页

1引言我国首次火星探测任务天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器(包括进入舱和祝融号火星车)组成,通过一次任务实现了火星环绕、着陆和巡视三大目标[1]。天问一号探测器于2020年7月23日成功发射,2021年2月10日进入火星环绕轨道,2021年5... 1引言我国首次火星探测任务天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器(包括进入舱和祝融号火星车)组成,通过一次任务实现了火星环绕、着陆和巡视三大目标[1]。天问一号探测器于2020年7月23日成功发射,2021年2月10日进入火星环绕轨道,2021年5月15日7时18分,着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选区,标志着我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。 展开更多

关键词 火星探测 巡视器 火星车 进入舱 天问 进入下降着陆 三大目标 关键技术

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基于视觉导航的自主小行星弱引力场测量方法

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作者 付亮勇 胡锦昌 +1 位作者 刘一武 邓家权 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2022年第4期54-63,共10页

针对国际上小行星探测任务中百米量级内不规则小行星的弱引力场确定问题,提出了一种无绕飞轨道的基于视觉导航的引力场测量方法.在完成三维重构后,利用探测器上的光学导航相机每隔一段时间对小行星表面拍照,匹配和识别至少3个非共线的... 针对国际上小行星探测任务中百米量级内不规则小行星的弱引力场确定问题,提出了一种无绕飞轨道的基于视觉导航的引力场测量方法.在完成三维重构后,利用探测器上的光学导航相机每隔一段时间对小行星表面拍照,匹配和识别至少3个非共线的特征点,并测量对应特征点在相机测量系下的视线方向.在完成飞行过程后,通过加权最小二乘批处理算法处理探测器飞行轨迹下的测量数据来估计小行星引力常数和球谐系数,还分析了探测器飞行轨迹的规划问题,分析表明飞行轨迹应根据小行星的形状和质量分布进行规划.最后,对提出的方法进行了仿真验证,结果表明根据该方法通过探测器较少的飞行轨迹即可精确测量出小行星全局引力信息,具有一定的工程实用性. 展开更多

关键词 小行星 引力场测量 视觉导航 加权最小二乘 飞行轨迹

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Конъ与Лошадъ——俄语词义漫笔

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作者 胡锦昌 《山东外语教学》 1981年第2期86-87,共2页

与骤然看来,似乎是一对地地道道的同义词,在任何文章中都可互换。其实,这两个词作“奇蹄类大牲口——马”解时,在用法上是有很多区别的。请看主编的《俄语同义词词典》对这两个词的诠释:“是马这种动物的通用称呼;一词通常用以指那些善... 与骤然看来,似乎是一对地地道道的同义词,在任何文章中都可互换。其实,这两个词作“奇蹄类大牲口——马”解时,在用法上是有很多区别的。请看主编的《俄语同义词词典》对这两个词的诠释:“是马这种动物的通用称呼;一词通常用以指那些善跑、力强、性烈。 展开更多

关键词 乘骑 请看 法上 科技术语 解外 中都 民间创作 辨异 词系 卑称

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