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[发明专利]一种行星着陆光学导航最优路标选取方法-CN201810760678.8有效
发明人：朱圣英;刘东宸;崔平远;徐瑞;高艾;于正湜 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2018-07-12 - 公布日： 2021-11-23 - 主分类号： G01C21/24 文献下载
摘要：本发明公开的一种行星着陆光学导航最优路标选取方法，属于自主导航领域。本发明实现方法如下：随机选取n(n≥3)个初始路标并认定其为当前最优路标，构建观测矩阵H并计算矩阵(HTH)‑1的初始特征值之和λ0，随机选取新的路标计算特征值之和λ，通过对特征值之和λ进行迭代运算和比较，从某一较高的初始接受概率参数出发，在接受概率参数不断下降的同时结合概率突跳特性寻找行星着陆光学导航最优路标。本发明能够在大量路标中较为快速实现行星着陆光学导航最优路标选取，确定深空探测器在目标天体固联坐标系下的位置及姿态，具有优化质量高、鲁棒性强、计算量小等优点。本发明适用于采用多路标的像素信息进行深空探测器位置、姿态自主确定的导航系统。
一种行星着陆光学导航最优路标选取方法

[发明专利]行星探测着陆轨迹综合优化方法-CN201810088128.6有效
发明人：崔平远;袁旭;朱圣英;徐瑞;于正湜 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2018-01-30 - 公布日： 2021-09-03 - 主分类号： G01C21/24 文献下载
摘要：本发明公开的行星探测着陆轨迹综合优化方法，涉及行星着陆轨迹优化方法，属于深空探测领域。本发明实现方法为：建立探测器着陆动力学方程；计算探测器与行星表面障碍的碰撞概率；兼顾燃耗性能、行星着陆的不确定性及行星表面存在障碍的复杂地形条件，构建行星探测着陆轨迹综合优化问题；求解所述的行星探测着陆轨迹综合优化问题，兼顾燃耗性能、行星着陆的不确定性及行星表面存在障碍的复杂地形条件，完成行星探测着陆轨迹综合优化，实现安全精确着陆。此外，在碰撞概率计算中，对存在不确定性条件下障碍对探测器的威胁程度的描述更为准确；通过对碰撞概率公式简化，在保证精度的前提下降低计算量，提高优化速度。
行星探测着陆轨迹综合优化方法

[发明专利]一种深空探测器光学导航位姿加权确定方法-CN201810766656.2有效
发明人：朱圣英;修义;崔平远;徐瑞;高艾;于正湜 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2018-07-13 - 公布日： 2021-06-15 - 主分类号： G01C21/24 文献下载
摘要：本发明公开的一种深空探测器光学导航位姿加权确定方法，涉及深空探测器位姿确定方法，属于深空探测技术领域。本发明实现方法如下：在导航相机图像中利用图像处理算法检测和提取行星表面陨石坑信息；对检测提取的陨石坑信息进行椭圆拟合与陨石坑中心定位；利用拟合的椭圆方程，根据不确定性传播特性，求取测量误差协方差矩阵来描述陨石坑中心的定位不确定性；利用测量不确定性对陨石坑中心进行加权，使得不同陨石坑中心在位姿估计算法中的权值大小不同，进而提高位姿估计的精确性，即基于测量不确定性加权方法实现深空探测器位姿的确定。本发明能够提高位姿确定的精确性，具有实现方法简单的优点。本发明适用于利用陨石坑作为导航路标进行位姿确定的导航系统。
一种探测器光学导航加权确定方法

[发明专利]基于干扰观测器的行星着陆有限时间控制方法-CN201810202584.9有效
发明人：戴娟;崔平远;于正湜;高艾;朱圣英 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2018-03-13 - 公布日： 2021-05-28 - 主分类号： G01C21/24 文献下载
摘要：本发明涉及一种行星探测器精确着陆控制方法，特别涉及一种基于干扰观测器的行星着陆有限时间控制方法，属于深空探测技术领域。本发明建立跟踪控制模型，引入干扰观测器对行星大气密度进行估计补偿，利用数学变换推导对行星探测器动力学模型进行优化，引入标称轨迹和实际轨迹的相对距离和相对速度信息进行测量，利用有限时间控制器解算探测器的实时倾侧角状态信息，从而获得探测器倾侧角的实时控制指令。本发明首次引入自适应控制的干扰观测器观测状态误差，能够实现对探测器位置和速度的快速估计，有效降低行星大气密度、升阻比误差对着陆制导性能的不利影响，提高制导算法的控制精度和误差收敛速度，满足未来行星着陆精确制导的精度需求。
基于干扰观测器行星着陆有限时间控制方法

[发明专利]一种陨石坑特征误匹配的可观测度检测法-CN201710844456.X有效
发明人：崔平远;高锡珍;于正湜;刘阳;朱圣英 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2017-09-19 - 公布日： 2020-10-16 - 主分类号： G01S19/15 文献下载
摘要：本发明公开的一种陨石坑特征误匹配的可观测度检测法，属于深空探测技术领域。本发明利用两幅下降图像中n对初步匹配的陨石坑，通过矩阵的克罗内克积，建立基于陨石坑边缘椭圆曲线的观测模型；从误差分析的角度对观测矩阵进行可观测度分析，得到导航系统可观测度的度量标准；基于得到的可观测度的度量标准进行可观测度判断，进而剔除陨石坑误匹配，实现导航系统可观，即实现对陨石坑特征误匹配的可观测度分析检测，提高导航系统精度，保证导航系统的稳定性。本发明不仅适用于行星着陆任务中，也适用于小天体着陆任务；同时本发明对基于陨石坑边缘椭圆曲线的绝对导航系统仍然适用。
一种陨石坑特征匹配可观测度检测

[发明专利]一种开伞点高度跟踪的火星大气进入段解析制导方法-CN201711308145.8有效
发明人：崔平远;赵泽端;于正湜;高艾;朱圣英 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2017-12-11 - 公布日： 2020-06-16 - 主分类号： G05B13/04 文献下载
摘要：本发明公开的一种开伞点高度跟踪的火星大气进入段解析制导方法，属于深空探测领域。本发明实现步骤如下：建立火星大气进入段探测器动力学模型；根据小扰动理论，求解开伞点高度跟踪的解析制导律；将制导目标取为开伞点高度和开伞点航程的加权值，并根据制导目标求解协态控制变量，实现重新设计和存储协态控制变量，将求解的协态控制变量带入开伞点高度跟踪的解析制导律；并通过将火星大气进入段制导划分为预偏转、航程跟踪、航程‑高度跟踪和横程跟踪四个阶段，在航程跟踪阶段和航程‑高度跟踪阶段分别应用开伞点高度跟踪的解析制导律制导，实现合理利用探测器有限的控制能力来同时跟踪开伞点航程和高度，减小开伞点高度损失，同时满足航程精度要求。
一种开伞点高度跟踪火星大气进入解析制导方法

[发明专利]一种巡航段自主导航位置偏差修正方法-CN201710873985.2有效
发明人：崔平远;贾贺;朱圣英;于正湜;高艾 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2017-09-25 - 公布日： 2020-06-16 - 主分类号： G01C21/24 文献下载
摘要：本发明公开的一种巡航段自主导航位置偏差修正方法，属于深空探测技术领域。本发明建立探测器的动力学模型并对其进行线性化处理；建立自主导航测量模型，光学导航相机获取可见行星的灰度图像，通过星载图像处理完成可见行星质心的识别和跟踪；确定探测器的初始轨道；通过可见行星和探测器之间的相对位置信息校正可见行星的位置；通过可见行星和探测器之间的相对速度信息校正可见行星质心角位置观测信息，获得更精确的观测模型；根据动力学模型及测量模型，基于非线性系统滤波算法解算探测器实时状态，实现实时导航。本发明能够提高巡航段自主导航方法估计精度、滤波收敛速度，实现快速精确估计，为深空探测巡航段导航方案设计提供支持。
一种巡航自主导航位置偏差修正方法

[发明专利]一种小天体定点悬停常推力控制方法-CN201710767353.8有效
发明人：朱圣英;李焘;崔平远;徐瑞;高艾;于正湜 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2017-08-31 - 公布日： 2020-04-21 - 主分类号： G05B13/04 文献下载
摘要：本发明公开的一种小天体定点悬停常推力控制方法，属于深空探测技术领域。本发明通过建立小天体定点悬停动力学方程，得到探测器悬停点附近的非线性引力加速度，结合悬停精度要求设置控制死区边界，将小天体定点悬停过程划分为探测器在小天体固连系各轴上的初始状态到达阶段、引力漂移阶段和常推力控制阶段，根据小天体固连系各轴上非线性引力加速度分量的正负确定引力漂移阶段和常推力控制阶段在对应各轴运动状态相轨迹上的大致位置，以设置的控制死区边界作为引力漂移阶段和常推力控制阶段相轨迹的约束条件求切换边界位置，从而实现探测器在控制死区内稳定、省燃料的常推力悬停。本发明能够避免常推力发动机频繁点火，延长常推力发动机工作寿命。
一种天体定点悬停推力控制方法

[发明专利]一种行星精确着陆抗扰制导方法-CN201710544571.5有效
发明人：崔平远;葛丹桐;刘阳;高艾;于正湜 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2017-07-06 - 公布日： 2020-02-14 - 主分类号： G01C21/24 文献下载
摘要：本发明公开的一种行星精确着陆抗扰制导方法，涉及一种行星精确着陆制导方法，属于深空探测技术领域。通过在行星下降过程中引入能够直接处理非线性及非凸约束的非线性模型预测控制方法，仅在有限维的滚动时域上计算行星精确着陆轨迹优化问题，降低计算量与求解难度，实现行星精确着陆制导律和最优轨迹的在线生成；同时，考虑下降过程中的外界扰动，采用扩张状态观测器对外界扰动进行实时估计并修正控制量，实现扰动补偿与抑制，提高着陆任务的安全性。本发明具有如下两个优点：(1)能够降低行星精确着陆轨迹优化问题的计算量与求解难度，实现最优轨迹的在线生成；(2)降低外界扰动对系统的影响，提高着陆任务的安全性。
一种行星精确着陆制导方法

[发明专利]一种快速的多约束航天器姿态路径递归规划方法-CN201710563711.3有效
发明人：徐瑞;王辉;崔平远;朱圣英;高艾;于正湜 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2017-07-12 - 公布日： 2020-02-14 - 主分类号： G05D1/08 文献下载
摘要：本发明公开的一种快速的多约束航天器姿态路径递归规划方法，属于航天器姿态制导技术领域。本发明实现方法为：确定航天器姿态机动当前起始姿态和目标姿态；针对起始姿态和目标姿态，采用基准转角不变的欧拉特征轴旋转方式得到当前段机动路径，根据机动角度大小确定合适的路径节点个数，使路径节点分布更均匀；检测得到当前段机动路径上所有违反指向约束的节点；采取选择与多个相邻的指向约束违反节点中间的节点对应的替代节点作为分段节点的路径分段策略，使多段路径过渡更平滑；通过最近临界增量方法生成满足指向约束的可行的分段节点；为适用于存在多个指向约束的复杂情况，采用多次分段和递归求解的方式得到多约束航天器姿态机动路径。
一种快速约束航天器姿态路径递归规划方法

[发明专利]一种行星着陆动力下降几何凸轨迹制导方法-CN201710544497.7有效
发明人：崔平远;秦同;朱圣英;刘阳;于正湜;徐瑞 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2017-07-06 - 公布日： 2020-02-14 - 主分类号： G05B13/04 文献下载
摘要：本发明公开的一种行星着陆动力下降几何凸轨迹制导方法，属于深空探测技术领域。本发明在动力下降段采用能量最优制导律时，着陆轨迹几何曲率由着陆器状态决定；通过曲率分析确定满足几何凸轨迹的着陆器初始状态，当着陆器的初始状态满足几何凸轨迹的要求时，利用能量最优制导律实现最终着陆；当着陆器的初始状态不满足几何凸轨迹的要求时，着陆器以常加速度飞行，直到将着陆器的状态转换为满足几何凸轨迹的状态，再利用能量最优制导律实现最终着陆，提高着陆器的避障性能。本发明能够使着陆器在动力下降段沿几何凸轨迹实现最终着陆，提高着陆器的避障性能，为行星着陆的制导方法设计提供技术支持和参考。本发明可实现星载应用。
一种行星着陆动力下降几何轨迹制导方法

[发明专利]一种基于多源特征的着陆器视觉导航方法-CN201710270029.5有效
发明人：崔平远;高锡珍;于正湜;刘阳;朱圣英 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2017-04-24 - 公布日： 2020-02-14 - 主分类号： G01C21/20 文献下载
摘要：本发明涉及一种基于多源特征的着陆器视觉导航方法，属于深空探测技术领域。本发明为了解决在下降着陆段着陆器绝对水平位置估计的问题，提供了一种基于多源特征的着陆器视觉导航方法。本发明充分利用了陨石坑特征绝对位置信息已知和着陆末端角点特征信息丰富的优点，避免了着陆末端陨石坑特征数目不足以进行导航定位，以及角点特征不能用于绝对位置估计的问题，提高了导航算法的稳定性；保证着陆器的精确着陆。
着陆器着陆视觉导航多源角点绝对位置信息导航定位导航算法绝对水平绝对位置深空探测特征信息位置估计保证

[发明专利]一种多约束火星大气进入预测制导方法-CN201710536797.0有效
发明人：崔平远;龙嘉腾;高艾;刘阳;于正湜 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2017-07-04 - 公布日： 2020-01-07 - 主分类号： B64G1/24 文献下载
摘要：本发明公开的一种多约束火星大气进入预测制导方法，属于深空探测技术领域。本发明通过以火星大气进入过程中的峰值过载作为性能指标，得到使得峰值过载最小的预测制导方法，最大限度地抑制火星大气进入过程中的峰值过载，为探测器在不确定的火星大气中飞行提供过载安全裕度。将所预测的末端航程与目标末端航程的偏差作为开关时机的非线性方程，求解非线性方程得到开关时机，提高末端位置精度。本发明还通过将实际末端位置与期望末端位置的偏差取作性能指标，对偏差性能指标取极小值来确定开关时机，避免求解非线性方程时可能出现的无解的情形，提高预测制导方法的稳定性。
火星大气过载非线性方程开关时机末端位置制导预测求解航程安全裕度深空探测多约束探测器飞行期望

[发明专利]一种航天器多目标启发式排序任务规划方法-CN201710784460.1有效
发明人：徐瑞;金颢;崔平远;朱圣英;高艾;于正湜 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2017-09-04 - 公布日： 2020-01-07 - 主分类号： G05D1/08 文献下载
摘要：本发明公开的一种航天器多目标启发式排序任务规划方法，属于航空航天技术领域。本发明根据子系统内部约束特点，综合考虑航天器结构、任务需求、设备状态和航天器能力四项因素，对航天器的构成、资源、分系统功能以及需要满足的各种约束条件进行描述；针对航天器系统约束复杂和系统状态信息互相耦合特点，利用时间线刻画航天器的多个并行子系统，建立子系统内部状态转移图；同时，根据任务目标之间约束信息及状态转移图进行多目标启发式排序任务规划，通过评价值的正负确定各任务目标之间的排序，根据多目标启发式排序结果引导规划搜索方向，输出最终的多目标启发式排序任务规划求解结果，即完成航天器任务规划，缩减搜索空间，提高任务规划效率。
任务规划航天器多目标启发式排序任务目标航空航天技术系统状态信息航天器结构航天器系统状态转移图互相耦合内部状态排序结果任务需求设备状态搜索方向搜索空间约束条件约束信息综合考虑时间线求解并行刻画输出规划

[发明专利]一种基于相对测量信息的火星最终接近段自主导航方法-CN201611243774.2有效
发明人：崔平远;王硕;高艾;朱圣英;于正湜;徐瑞 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2016-12-29 - 公布日： 2019-10-29 - 主分类号： G01C21/24 文献下载
摘要：本发明公开的一种基于相对测量信息的火星最终接近段自主导航方法，属于深空探测技术领域。本发明为实现火星最终接近段自主导航，建立最终接近及环绕动力学模型；结合X射线脉冲星到达时间差分信息和火星轨道器的多普勒测速信息，基于非线性滤波算法，对接近探测器和火星轨道器的状态进行联合估计，利用X射线脉冲星到达时间差分信息和火星轨道器的多普勒测速信息两种相对测量信息实现绝对导航，提高火星最终接近段自主导航精度与进入点状态估计精度。具有如下优点：避免引入行星星历误差，降低脉冲星参数不确定性对导航性能的不利影响；降低脉冲星观测时间长引起的状态发散问题；同步提高两个探测器的导航性能；提高导航滤波精度及收敛速度。
一种基于相对测量信息火星最终接近自主导航方法

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