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[发明专利]一种基于UT变换的撞击小天体轨道终端状态优化方法-CN202310213288.X在审
发明人： 吴伟仁;乔栋;唐玉华;潘倩;李翔宇 -专利权人：深空探测实验室;北京理工大学
申请日： 2023-03-07 - 公布日： 2023-06-27 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：本发明公开的一种基于UT变换的撞击小天体轨道终端状态优化方法，属于航空航天技术领域。本发明实现方法为：根据星历表和小行星的运动学方程得到地球和小行星的位置和速度，并定义探测器撞击后小行星的速度变化量大小不变，以探测器撞击小行星后速度改变方向两个角度为撞击设计变量；基于UT变换进行小行星误差演化，得到目标小行星未来一段时间的时空分布概率；根据计算得到的小行星的时空分布概率，基于Legendre‑Gauss求积方法计算给定撞击设计下的瞬时撞击概率，基于Newton–Cotes求积方法积分得到小行星的整体撞击概率；基于所述撞击概率计算方法，结合全局优化算法，对撞击设计变量进行优化，使得优化变量下的小行星撞击概率最低。
一种基于 ut 变换撞击天体轨道终端状态优化方法

[发明专利]一种非一致约束下多节点着陆器协同避障决策方法-CN202211743039.3在审
发明人：梅杰;柴敬轩;马广富;吴伟仁 -专利权人：哈尔滨工业大学（深圳）
申请日： 2022-12-29 - 公布日： 2023-04-14 - 主分类号： B64G1/24 文献下载
摘要：本发明涉及一种非一致约束下多节点着陆器协同避障方法，其中方法包括：控制多节点着陆器下降到预设的高度，获取星表的环境地图；计算所述多节点着陆器虚拟中心的轨迹和各个节点的位置；基于所述多节点着陆器的构型势场、避障势场和避碰势场等柔性变换约束，确定各节点相对所述虚拟中心的实时距离，计算各节点自身的轨迹；控制各节点跟踪所述自身的轨迹实现协同避障。本方法赋予未来的小行星探测器，在执行着陆和样本返回任务时，具备能够稳健准确的附着在具有较高科学价值的着陆点，能够应对各种危险底线，如陡峭的坡面，狭长的山谷等。
一种一致约束节点着陆协同决策方法

[发明专利]一种面向小行星探测的柔性多节点着陆器决策方法-CN202211742255.6在审
发明人：梅杰;柴敬轩;马广富;吴伟仁 -专利权人：哈尔滨工业大学（深圳）
申请日： 2022-12-29 - 公布日： 2023-04-04 - 主分类号： B64G1/24 文献下载
摘要：本发明涉及一种面向小行星探测的柔性多节点着陆器决策方法，包括：控制柔性多节点着陆器下降到预设的高度，获取节点在位置、速度、引力常数，以及节点三轴角速度；根据所述节点的动力学模型，计算节点的状态向量和节点的控制输入；基于微分平坦理论，计算节点的平坦输出；根据节点的平坦输出，控制节点输出推力和转矩，控制探测器平稳着陆。本方法使用采用“面团状”的柔性体，其内部嵌入三个具有机动和感知能力的刚性节点，每个节点都装有一组推力器，推力器用于节点的平动与姿态调整，以满足有关载荷的姿态需求，并驱动柔性体进行柔性变换，使探测器的构型与外形发生改变，从而与星表地貌匹配，实现稳健，不发生弹跳的附着。
一种面向小行星探测柔性节点着陆决策方法

[发明专利]一种利用地月旁近的平衡点周期轨道逃逸方法-CN202010453438.0有效
发明人： 吴伟仁;唐玉华;乔栋;李翔宇 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2020-05-25 - 公布日： 2023-01-10 - 主分类号： G06F30/15 文献下载
摘要：本发明为公开的一种利用地月旁近的平衡点周期轨道逃逸方法，属于航空航天技术领域。本发明实现方法：建立地月旋转坐标系和三体动力学，求解周期轨道的状态转移矩阵特征根和特征向量。通过平衡点附近的周期轨道生成不稳定流形，选择靠近月球的不稳定流形，利用微分修正求解离轨机动，获得满足近月点约束的转移轨道，探测器施加相应机动使探测器转移至近月点。利用微分修正求解近月点机动，获得满足近地点约束的月地转移轨道，施加机动充分利用月球的引力作用，探测器施加相应机动使探测器转移至近地点。根据逃逸速度需求，探测器在近地点再次施加机动，施加机动充分利用地月的引力作用，降低探测器从周期轨道逃逸地月系统的速度增量。
一种利用月旁近平衡点周期轨道逃逸方法

[发明专利]一种基于状态转移矩阵的平衡点转移轨道重构方法-CN202010448584.4有效
发明人： 吴伟仁;唐玉华;乔栋;李翔宇 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2020-05-25 - 公布日： 2023-01-06 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：本发明公开的一种基于状态转移矩阵的平衡点转移轨道重构方法，属于航空航天技术领域。本发明实现方法为：建立地月旋转坐标系和三体动力学方程，获取任务轨道的位置速度状态；在旋转坐标系下计算地月L2点标称转移轨道状态转移矩阵；改变标称轨道的入轨状态，根据状态转移矩阵推导重构机动与入轨状态变化的函数关系；优化探测器的入轨状态，利用该函数关系确定重构速度增量和入轨速度增量最优重构轨道；探测器实施重构机动，完成地月L2点转移轨道的重构,并进入相同的L2点任务轨道。本发明能够使存在误差的转移轨道进入相同的任务轨道，且所需的燃料消耗比直接进行轨道修正所需的燃料消耗小，具有修正效率高、降低修正燃料消耗的优点。
一种基于状态转移矩阵平衡点轨道方法

[发明专利]旋转对称式的可重构机器人平台及其方法-CN202210903533.5在审
发明人：梅杰;李奥淇;汤森基;柴敬轩;马广富;吴伟仁 -专利权人：哈尔滨工业大学（深圳）
申请日： 2022-07-28 - 公布日： 2022-09-30 - 主分类号： B25J9/00 文献下载
摘要：本发明涉及其中一种旋转对称式的可重构机器人平台及重构方法，其中旋转对称式的可重构机器人平台的包括：设置有全向驱动组件的机架；设置在所述机架上的识别组件；设置在机架外周的对接组件，所述对接组件包括沿机架的周向旋转对称的多个对接部，每个所述对接部包括主动件及被动件，所述主动件能够与外界可重构机器人平台的被动件可脱离连接。本发明中，能根据使用场景需求，在重构方法的配合下，自由重构机器人平台的数量，灵活性强，适应性强；电磁铁和磁性件配合的对接部，使对接组件的对接结构简单，对接难度低，通过通断电便能够实现快速灵活的自动化对接与分离，无需外力辅助；凹部和凸部的配合对接时接触面积大，鲁棒性强，协同能力强。
旋转对称可重构机器人平台及其方法

[发明专利]一种适用于月球着陆器的惯性/视觉/天文/激光测距组合导航方法-CN202010810080.2有效
发明人： 吴伟仁;宁晓琳;黄玉琳 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2020-08-13 - 公布日： 2022-09-20 - 主分类号： G01C21/16 文献下载
摘要：本发明涉及一种适用于月球着陆器的惯性/视觉/天文/激光测距组合导航方法。首先根据月球固连坐标系下惯性导航的力学编排，以惯性导航误差方程作为状态模型，再分别利用惯性/视觉导航系统获得的相对位置和姿态误差，利用天文导航系统获得的星光矢量，利用激光测距仪获得的距离作为量测量。之后根据这些量测量分别建立惯性/视觉导航系统相对位置和姿态误差、星光矢量及激光测距的量测模型。最后使用UKF滤波估计着陆器的位置、速度和姿态，对月球着陆器的姿态误差和惯性器件误差进行修正。本发明属于深空探测器自主导航领域，可为月球着陆器提供高精度的位置、速度及姿态信息，对深空探测具有重要的实际意义。
一种适用于月球着陆惯性视觉天文激光测距组合导航方法

[发明专利]一种用于近地环境与深空环境间通讯的数据传输方法-CN202111163689.6有效
发明人：李雪;薛林山;董佳林;吴伟仁 -专利权人：电子科技大学
申请日： 2021-09-30 - 公布日： 2022-07-12 - 主分类号： H04L1/00 文献下载
摘要：本发明公开了一种用于近地环境与深空环境间通讯的数据传输方法,包括以下步骤：S1.构建数据传输模型：S2.在源节点，按照预先定义的发送数据帧格式对数据进行组帧，得到待发送信号；在目标节点，按照预先定义的数据帧格式，保存数据传输的帧头结构；S3.确定源节点与目标节点传输路径上任意两个相邻节点之间的数据传输方式：S4.当来自源节点的信号传输到目标节点后，目标对数据字节进行比对，当接收到的一串数据字节与帧头结构相同时，判定为帧头，并依次取出后续数据帧中所包含的数据内容，完成数据接收过程。本发明在不改变整体帧结构的基础上添加保管转发功能，更适用于深空大延迟频繁终端环境。
一种用于环境通讯数据传输方法

[发明专利]一种月球探测器测角/时间差分距离/速度组合导航方法-CN202010400353.6有效
发明人： 吴伟仁;宁晓琳;梁晓钰 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2020-05-13 - 公布日： 2022-05-10 - 主分类号： G01C21/02 文献下载
摘要：本发明涉及一种月球探测器测角/时间差分距离/速度组合导航方法，首先根据轨道动力学建立探测器的状态模型，再分别利用天体敏感器获得星光角距，无线电接收机接收来自地面站或中继卫星的无线电距离和多普勒速度并进行时间差分获得无线电时间差分距离和时间差分多普勒速度以消除时钟误差和频率漂移误差，并以天文测角/无线电时间差分距离/差分多普勒速度作为量测量，之后分别建立星光角距、无线电时间差分距离及无线电时间差分多普勒速度量测模型，离散化后使用UKF滤波估计探测器的位置和速度。本发明属于月球探测器自主导航领域，本发明估计精度高，对探测器自主导航具有重要的实际意义。
一种月球探测器时间差距离速度组合导航方法

[发明专利]一种考虑复杂约束的月球软着陆最优轨迹快速规划方法-CN202011005654.5有效
发明人： 吴伟仁;崔平远;尚海滨;张哲;赵梓辰 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2020-09-23 - 公布日： 2021-07-16 - 主分类号： G05D1/02 文献下载
摘要：本发明公开的一种考虑复杂约束的月球软着陆最优轨迹快速规划方法，属于航空航天技术领域。本发明实现方法为：对月球软着陆轨迹规划问题进行离散化处理，将轨迹规划问题转化为有限维变量和约束的非线性规划问题；利用饱和函数变换对非线性规划问题中的约束进行等价变换，将非线性不等式约束转化为拓展状态空间下的等式约束；对等价变换后的非线性规划问题的约束进行凸化处理，将扩展后的状态变量的置信区间作为惩罚项加入到性能指标中，提升序列迭代的收敛性,最后应用凸优化求解器序列求解凸化子问题，直至获得收敛的月球软着陆最优轨迹，实现月球软着陆最优轨迹快速规划，提高月球软着最优轨迹规划效率、鲁棒性和约束处理能力。
一种考虑复杂约束月球软着陆最优轨迹快速规划方法

[发明专利]面向通讯覆盖约束的地月平衡点任务轨道快速确定方法-CN202010386561.5有效
发明人： 吴伟仁;张哲;乔栋;李翔宇 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2020-05-09 - 公布日： 2021-06-22 - 主分类号： B64G1/10 文献下载
摘要：本发明公开的面向通讯覆盖约束的地月平衡点任务轨道快速确定方法，属于航空航天技术领域。本发明实现方法为：建立地月旋转坐标系，确定Halo轨道的近似解析解并利用微分修正方法得到精确解，生成若干用于通讯约束振幅计算的Halo轨道；对月球背面区域进行网格化分，计算特征样本点与Halo轨道的几何关系。根据通讯约束指标，选取特征几何参数，构建面向通讯覆盖约束的回归方程，通过所述回归方程确定通讯约束与轨道振幅及着陆点的定量关系；根据任务约束，利用回归方程快速评估通讯条件，实现中继任务轨道确定。本发明能够实现不同通讯约束的任务轨道快速确定，确保月球背面着陆点的通讯覆盖，具有轨道确定效率高的优点。
面向通讯覆盖约束平衡点任务轨道快速确定方法

[发明专利]地月L2点转移轨道最优误差修正点选择方法-CN202010386041.4有效
发明人： 吴伟仁;唐玉华;乔栋;李翔宇 -专利权人：北京理工大学
申请日： 2020-05-09 - 公布日： 2021-06-22 - 主分类号： B64G1/24 文献下载
摘要：本发明为公开的地月L2点转移轨道最优误差修正点选择方法，属于航空航天技术领域。本发明实现方法为：建立地月旋转坐标系，计算地月L2点标称转移轨道状态转移矩阵；根据状态转移矩阵计算误差随时间的变化情况；根据状态转移矩阵，建立修正机动与修正时间和轨道误差的函数关系；优化探测器修正时间，利用该函数关系确定修正速度增量和终端速度增量最优的误差修正点和修正速度增量；探测器在最优修正点施加速度增量，完成地月L2点转移轨道的轨道修正，并完成地月L2点轨道转移。本发明能够使修正所需的速度增量最小，具有修正效率高、降低修正燃料消耗的优点。本发明通过考虑月球引力对转移轨道误差的影响，提高轨道转移的精度。
l2 转移轨道最优误差修正选择方法

[发明专利]一种基于月面巡视器单目相机图像的天际线获取方法-CN202010140906.9有效
发明人： 吴伟仁;申振荣;彭松;王大轶;马友青;温博;金晟毅;党兆龙 -专利权人：北京空间飞行器总体设计部
申请日： 2020-03-04 - 公布日： 2021-04-13 - 主分类号： G06K9/00 文献下载
摘要：本发明提供一种基于月面巡视器单目相机图像的天际线获取方法，首先对巡视器单目相机图像进行边缘检测，识别出天际线；然后确定天际线上的每一个像素点在相机坐标系下的空间方位；然后再解算出天际线在世界坐标系下的方位角和高度角；由此可见，本发明能够对巡视器单目相机图像的天际线自动识别和计算，并且计算过程不必使用月面数字高程模型，可在器载计算机上实施，解决了巡视器工作环境下地形遮挡预测问题，确保对月背复杂地形遮挡情况的可靠识别，摆脱了对国外高精度月背地形数据的依赖，为巡视器在轨控制策略制定提供了重要的输入信息。
一种基于巡视器单目相机图像天际线获取方法

[发明专利]一种月面巡视器运动控制决策支持系统-CN202010140858.3有效
发明人： 吴伟仁;金晟毅;彭松;黄晓峰;贾阳;申振荣;党兆龙;温博;成国飞;杨丽丽 -专利权人：北京空间飞行器总体设计部
申请日： 2020-03-04 - 公布日： 2021-04-06 - 主分类号： G05B17/02 文献下载
摘要：本发明公开了一种月面巡视器运动控制决策支持系统，包括接口与信息管理模块、数字环境构建模块、规划策略数字仿真模块、任务决策及策略规划模块、可视化呈现模块以及物理仿真模块；本发明能够对月面巡视器运动控制决提供决策支持。
一种巡视运动控制决策支持系统

[发明专利]一种基于太阳圆面速度差的自主天文导航方法-CN201910929750.X有效
发明人：宁晓琳;晁雯;房建成;吴伟仁;刘刚 -专利权人：北京航空航天大学
申请日： 2019-09-29 - 公布日： 2021-01-26 - 主分类号： G01C21/24 文献下载
摘要：本发明涉及一种基于太阳圆面速度差的自主天文导航方法。针对太阳较差自转导致太阳圆盘面上不同点的线速度不同，导致探测器在不同位置观测到的太阳不同点的径向速度不同的现象，研究发现这一速度信息是探测器当前位置的函数，因此可以利用其估计探测器的位置和速度。该方法利用光谱仪测量太阳圆盘面上不同点的径向速度，然后计算出它们的速度差值，并将其作为量测量建立量测模型，结合轨道运动学模型以及Unscented卡尔曼滤波来估计探测器的位置和速度。本发明能够消除光谱仪误差以及太阳自身速度变化对导航性能的影响，因此估计精度高。
一种基于太阳速度自主天文导航方法

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