航天任务设计工业软件ATK通用轨道机动规划设计方法

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作者 杨震 金柯 +2 位作者 郭祥 王华 罗亚中 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第4期10-22,共13页

轨道机动规划是交会对接、月球探测等复杂航天任务设计的重要环节,但不同任务对轨道机动的变轨位置、机动量、瞄准量的配置需求不同,给机动规划通用建模与求解带来巨大挑战。针对该问题,提出了基于轨道段的通用轨道机动规划建模方法,将... 轨道机动规划是交会对接、月球探测等复杂航天任务设计的重要环节,但不同任务对轨道机动的变轨位置、机动量、瞄准量的配置需求不同,给机动规划通用建模与求解带来巨大挑战。针对该问题,提出了基于轨道段的通用轨道机动规划建模方法,将不同场景轨道机动需求抽象建模为轨道段、停止条件组件与约束条件组件,形成了积木式航天器飞行任务描述模型,将轨道机动需求转换为统一的非线性规划问题,采用微分修正、序列二次规划、智能优化三种方法求解。进一步开发了软件工具,作为自主航天任务工具箱(aerospace tool kit, ATK)的核心轨道模块。仿真结果表明,该方法可实现高精度轨道等不同模型与应用场景下的通用化轨道机动规划建模与求解。 展开更多

关键词 轨道机动 航天动力学 航天任务设计 工业软件 ATK

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航天任务设计工业软件ATK 3.0研制进展与技术突破

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作者 罗亚中 杨震 +1 位作者 王华 周建平 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第4期1-9,共9页

航天任务设计软件贯穿航天任务全寿命周期,被视为航天工业设计软件体系中的主根系软件。国防科技大学团队基于在载人航天领域近30年的技术积累,于2020年启动了自主工业软件航天任务工具箱(aerospace tool kit, ATK)的研制工作,2024年底... 航天任务设计软件贯穿航天任务全寿命周期,被视为航天工业设计软件体系中的主根系软件。国防科技大学团队基于在载人航天领域近30年的技术积累,于2020年启动了自主工业软件航天任务工具箱(aerospace tool kit, ATK)的研制工作,2024年底正式发布ATK 3.0版本,包括标准平台、可见性与覆盖分析、任务分析、轨道设计和二次开发5大类21个功能模块。ATK研发得到了中国载人航天工程的深度持续支持,探索实践了“工程侧需求牵引+院校侧集中研发”的研制模式,在航天工程、空间安全和院校教学等领域产生了广泛影响,迈出了替代STK的坚实第一步。回顾了ATK的发展历程,阐述其功能特点,重点分析ATK在大型软件架构设计、计算内核开发和轨道机动规划等方面的核心技术突破,并阐述了ATK的未来发展目标定位和建设思路。 展开更多

关键词 航天工业软件 航天任务设计 ATK 航天动力学

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航天器交会与接近操作规划及自主软件设计

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作者 王华 霍诚祎 +2 位作者 何俊华 于大腾 方炫锟 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第4期23-32,共10页

针对航天器交会与接近操作任务规划通用软件缺乏难题,研究了交会与接近操作规划模型和软件。提出了基元的概念,构建了由交会、接近、伴飞、撤离四大类基元组成的基元体系,交会与接近操作可以由多个基元组合形成;建立了空间交会与接近操... 针对航天器交会与接近操作任务规划通用软件缺乏难题,研究了交会与接近操作规划模型和软件。提出了基元的概念,构建了由交会、接近、伴飞、撤离四大类基元组成的基元体系,交会与接近操作可以由多个基元组合形成;建立了空间交会与接近操作基元任务规划模型,以具体基元为例,给出了模型的任务段、停止条件、控制变量和约束计算公式;以航天任务工具箱(aerospace tool kit, ATK)为基础,设计并实现了交会与接近操作任务规划工具软件。对GEO交会和太阳同步绕飞两个交会与接近操作任务进行了仿真,结果表明建立的基元和软件能够对交会与接近操作任务执行正确规划。 展开更多

关键词 交会与接近操作 任务规划 航天任务软件 基元

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低轨空间目标无控再入的自适应寿命预报方法

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作者 陈顺毅 杨震 +1 位作者 王华 罗亚中 《宇航学报》 北大核心 2025年第3期555-567,共13页

为提高轨道寿命预报的速度及精度,满足太空态势感知任务中的应用需求,提出了一种低轨空间目标无控再入的自适应寿命预报方法。首先,建立了面向轨道寿命快速预报的半解析动力学模型。其次,提出了一种结合滑动窗口和多项式近似清理策略的... 为提高轨道寿命预报的速度及精度,满足太空态势感知任务中的应用需求,提出了一种低轨空间目标无控再入的自适应寿命预报方法。首先,建立了面向轨道寿命快速预报的半解析动力学模型。其次,提出了一种结合滑动窗口和多项式近似清理策略的初始弹道系数反演方案,以降低初始参数不确定性对预报精度的影响。然后,通过数值平均的方法计算预报模型中存留的定积分项,并提出了一种基于轨道高度分区的自适应求解算法实现轨道寿命的快速预报。最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性。结果表明,所提方法对不同类型和状态下的目标具有较高的寿命预报精度,且求解效率相较现有预报方法有较大提升。研究结果可为未来大量空间目标的寿命预报提供快速计算工具及分析依据。 展开更多

关键词 低轨空间目标 无控再入 轨道寿命预报 半解析模型 初始弹道系数反演 自适应求解

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ATK驱动的HEO卫星同步带巡视场景构建与轨道机动协同设计

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作者 李林洪 梁彦刚 +1 位作者 黎克波 王嘉欣 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第4期52-63,共12页

异面飞越是一种对同步带高价值目标卫星进行监测的有效方法。以椭圆轨道巡视同步带的任务场景为例,提出一种求解任意两椭圆轨道最小相遇距离的方法,证明巡视卫星的最优飞越点为升交点。使用航天任务工具箱(aerospace tool kit, ATK)仿... 异面飞越是一种对同步带高价值目标卫星进行监测的有效方法。以椭圆轨道巡视同步带的任务场景为例,提出一种求解任意两椭圆轨道最小相遇距离的方法,证明巡视卫星的最优飞越点为升交点。使用航天任务工具箱(aerospace tool kit, ATK)仿真软件对任务进行场景建模,研究J2模型下最优飞越点位置的变化。在不同的当地地方时和不同飞越方向的情况下,研究飞越点相对距离、太阳角等终端约束条件的变化规律。提出一种满足最大转移时间和终端条件约束的燃料最优转移策略,结合ATK的机动规划模块,求解了不同摄动力模型的任务参数,分析了二体模型下不同真近地点角对应的任务参数,验证了策略的有效性,为多星巡视顺序的规划提供了依据。 展开更多

关键词 航天任务工具箱 异面飞越 大椭圆轨道 最小相遇距离

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基于BiGRU网络的空间非合作目标受控运动意图识别

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作者 黄贺祥 杨震 +1 位作者 李嘉胜 罗亚中 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第4期33-41,共9页

针对非合作目标受控运动意图难以识别的问题,提出了一种基于双向门控循环单元(bi-directional gated recurrent unit,BiGRU)网络的意图识别方法。设定非合作目标具有“受控圆形绕飞”“受控水滴绕飞”“定点振荡”“直线逼近”“跳跃逼... 针对非合作目标受控运动意图难以识别的问题,提出了一种基于双向门控循环单元(bi-directional gated recurrent unit,BiGRU)网络的意图识别方法。设定非合作目标具有“受控圆形绕飞”“受控水滴绕飞”“定点振荡”“直线逼近”“跳跃逼近”5种受控运动意图,建立非合作目标受控运动意图机动信息数据集。基于非合作目标进入我方航天器观测范围后的机动时序信息,采用BiGRU网络进行训练,以学习时序数据与受控运动意图之间的潜在关联,实现对非合作目标的意图识别。仿真结果表明,基于BiGRU网络的非合作目标受控运动意图识别方法的检测准确率达到98.35%。该方法可以提高对非合作目标的意图识别能力,为我方在轨航天器的安全保障提供技术参考。 展开更多

关键词 空间态势感知 非合作目标 意图识别 BiGRU网络

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融合动力学特征的自由返回轨道双路网络学习方法

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作者 朱彬羽 李海阳 +3 位作者 杨震 何俊华 陆林 张宇航 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第4期64-75,共12页

自由返回轨道是载人飞船进行地月转移的首选轨道方案,其设计约束要求严格,现有算法对时初值依赖性普遍较强。针对载人月球探测任务中的地月转移轨道规划问题,采用双路网络学习方法,进行自由返回轨道初值方法的研究。建立地月自由返回轨... 自由返回轨道是载人飞船进行地月转移的首选轨道方案,其设计约束要求严格,现有算法对时初值依赖性普遍较强。针对载人月球探测任务中的地月转移轨道规划问题,采用双路网络学习方法,进行自由返回轨道初值方法的研究。建立地月自由返回轨道的动力学模型以分析近地端轨道解空间特征。结合近地升降轨的解空间分域特性,提出一种采用参数关联变换设计的双路神经网络架构,确保不同特征域下轨道解的完备性。利用ATK机动规划功能模块实现了双路网络学习初值方法下的地月自由返回轨道规划,并进行了仿真设计与验证。研究成果可为解决载人探月任务地月转移轨道规划的初值依赖性问题提供有效参考。 展开更多

关键词 载人探月任务 自由返回轨道 双路神经网络 ATK机动规划模块

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应急观测星座优化设计:ATK二次开发技术的应用

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作者 李明铭 郭帅 +3 位作者 朱阅訸 梁彦刚 董敏 徐小生 《国防科技大学学报》 北大核心 2025年第4期42-51,共10页

受卫星数量、规模及机动能力等限制,现有对地观测星座难以快速响应随机性较强的应急需求。为满足应急对地观测星座快速设计需求,提出一种应急对地观测星座设计方法。该方法基于航天任务工具箱(aerospace tool kit, ATK)二次开发与覆盖... 受卫星数量、规模及机动能力等限制,现有对地观测星座难以快速响应随机性较强的应急需求。为满足应急对地观测星座快速设计需求,提出一种应急对地观测星座设计方法。该方法基于航天任务工具箱(aerospace tool kit, ATK)二次开发与覆盖分析功能,采用一维数据层次聚类方法分组地面目标,再针对目标分组应用差分进化算法优化限制性Walker子星座构型,最终生成限制性混合Walker对地观测星座。仿真结果证明,相比于常规Walker星座以及暴力优化结果,该方法能迅速生成应急星座,在保证有效完成对地观测任务前提下减小卫星使用量。 展开更多

关键词 ATK 二次开发 星座设计 应急对地观测

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考虑状态偏差补偿的航天器编队事件触发控制

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作者 谢雄 周恒 +1 位作者 赵勇 绳涛 《宇航学报》 2025年第9期1933-1940,共8页

针对考虑未知外部扰动和模型不确定性的航天器编队系统,提出一种考虑状态偏差补偿的事件触发编队控制方法。首先,设计一种非线性观测器用于观测包括扰动、不确定性以及触发状态与实时状态偏差等在内的非线性项。然后,结合事件触发控制... 针对考虑未知外部扰动和模型不确定性的航天器编队系统,提出一种考虑状态偏差补偿的事件触发编队控制方法。首先,设计一种非线性观测器用于观测包括扰动、不确定性以及触发状态与实时状态偏差等在内的非线性项。然后,结合事件触发控制技术和滑模控制技术,对事件触发编队控制方法和非线性观测器进行耦合设计以补偿非线性项的影响,从而提高控制系统的控制性能。此外,从理论上证明在所设事件触发编队控制方法的作用下,控制系统是有界稳定的且不会出现Zeno现象。最后,仿真结果验证了所提考虑状态偏差补偿的事件触发编队控制方法的有效性。 展开更多

关键词 航天器编队 事件触发控制 状态偏差补偿 非线性观测器

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近圆轨道航天器追逃博弈解析制导与控制

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作者 冯邈 李振瑜 罗亚中 《宇航学报》 2025年第9期1923-1932,共10页

为满足地球近圆轨道航天器在空间博弈任务中的实时、快速求解需求,基于线性二次型微分对策,提出了一种有限时间追逃博弈的解析制导与控制方法。首先,在经典有限时间追逃博弈模型基础上,建立了以零控脱靶量为状态变量的二人有限时间追逃... 为满足地球近圆轨道航天器在空间博弈任务中的实时、快速求解需求,基于线性二次型微分对策,提出了一种有限时间追逃博弈的解析制导与控制方法。首先,在经典有限时间追逃博弈模型基础上,建立了以零控脱靶量为状态变量的二人有限时间追逃博弈模型,并采用庞特里亚金极大值原理、变分法推导了追逃双方航天器最优控制策略的数值解;其次,结合无控制情况下的相对运动状态转移矩阵,进一步推导和证明了追逃双方航天器最优控制策略的解析解及其存在的充分条件,并在连续有限推力约束下设计了相应的闭环反馈制导方法;最后,通过不同轨道高度和初始相位处的多组仿真算例,验证了所提解析制导与控制方法的有效性、准确性和实时性。 展开更多

关键词 追逃博弈 线性二次型微分对策 解析制导 纳什均衡

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载人月球探测MBSE与ATK集成仿真

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作者 王华 周晚萌 +2 位作者 杨震 倪庆 罗亚中 《宇航学报》 2025年第9期1875-1884,共10页

针对载人月球探测中基于模型的系统工程(MBSE)模型计算能力欠缺的问题,提出MBSE与航天任务工具箱(ATK)集成仿真方法。设计了MBSE与ATK集成仿真方案,采用接口集成方式完成MBSE工具与ATK实时交互,实现MBSE逻辑仿真与ATK轨道仿真的优势互... 针对载人月球探测中基于模型的系统工程(MBSE)模型计算能力欠缺的问题,提出MBSE与航天任务工具箱(ATK)集成仿真方法。设计了MBSE与ATK集成仿真方案,采用接口集成方式完成MBSE工具与ATK实时交互,实现MBSE逻辑仿真与ATK轨道仿真的优势互补。建立了载人月球探测SysML模型。设计具备脚本编辑功能的插件,实现了MBSE计算逻辑的定制化;设计脚本接口模块,实现了脚本命令对ATK的计算驱动;并提出了MBSE动态参数匹配和ATK多类终端统一脚本关键技术。将方案应用于载人月球探测集成仿真,结果表明能够有效发挥多软件联合仿真优势,改善MBSE不具备专业计算能力的缺点,耗时相比传统方法减少了16%。 展开更多

关键词 载人月球探测 基于模型的系统工程 航天任务设计 集成仿真

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