《空間反交會威脅預警與博弈路徑規劃》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由羅亞中擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：空間反交會威脅預警與博弈路徑規劃
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：羅亞中
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隨著交會對接技術的日益成熟，與非合作太空飛行器自主交會，然後實施軟殺傷或抓捕成為在軌太空飛行器面臨的嚴峻威脅。為應對這一威脅，本項目提出反交會任務這一全新概念，針對當前威脅預警、規避路徑規劃、博弈路徑規劃等方面研究的不足，系統開展反交會威脅預警與路徑規劃方面的基礎科學問題研究。項目將提出綜合使用高斯和模型方法和動態預警門限的太空飛行器威脅評估計算方法，解決現有的基於碰撞機率太空飛行器威脅預警中的機率沖淡問題，有效實現對低速長時間接近太空飛行器的高精度預警；提出兼顧威脅性和可觀測性的反交會單邊多目標路徑規劃方法，有效拓展了現有的太空飛行器規避機動規劃方法；首次將時延因素納入太空飛行器追逃微分對策建模與求解中，提出有效解決雙邊最優控制高維兩點邊值問題的數值算法。項目研究有效拓展空間交會研究範疇，有望在國內外率先建立起較為系統的反交會威脅預警與路徑規劃理論方法體系，並可為實際反交會任務實施提供較強工程參考。
結題摘要
隨著交會對接技術的日益成熟，與非合作太空飛行器自主交會，然後實施軟殺傷或抓捕成為在軌太空飛行器面臨的嚴峻威脅。為應對這一威脅，本項目提出反交會任務這一全新概念，針對當前威脅預警、規避路徑規劃、博弈路徑規劃等方面研究的不足，系統開展反交會威脅預警與路徑規劃方面的基礎科學問題研究。在低速接近太空飛行器的威脅精確預警方面，（1）提出了一種基於高斯和打靶擬合模型的非高斯偏差機率密度描述方法，通過採用多個子高斯分布的加權和描述非高斯偏差以減小精度損失；（2）提出了一種基於微分代數的高斯混合模型高階預報方法，使用包含高階非線性項的狀態轉移張量法，預報結果更加準確，結合微分代數方法後更加高效；（3）提出了考慮動態預警門限的太空飛行器威脅評估指標，基於漏警率的思想，給出動態預警門限的計算方法，確定威脅評估指標，可消除“機率沖淡”影響。在兼顧威脅性和可觀測性的單邊反交會路徑規劃方面，（1）提出了一種考慮能量消耗的飛行器規避機動方法，通過最小化追蹤太空飛行器軌道上的潛在威脅弧段進行規避；（2）提出了考慮可觀測性的圓軌道飛行器規避機動方法，通過降低太空飛行器自身的可觀測性，增大追蹤太空飛行器的角度測量誤差，實現逃逸；（3）提出了考慮可觀測性的橢圓軌道飛行器解析規避機動方法，將基於圓軌道的可觀測性規避拓展到橢圓軌道下，並推導了解析的最優規避機動方向，計算效率提高。在雙邊反交會路徑規劃的微分對策求解方面，（1）推導了太空飛行器三維追逃界柵的解析式，將對策空間劃分為捕獲區和逃逸區並能判斷太空飛行器當前狀態；（2）提出了多種太空飛行器追逃對策的鞍點解法，分別推導了固定逗留期微分對策、無限時域微分對策和生存型微分對策的鞍點解；（3）設計了不完全信息太空飛行器追逃博弈策略，考慮雙方支付函式信息缺失的情況，提出基於無跡卡爾曼濾波的線上信息估計和規劃方法，提高了太空飛行器在不完全信息博弈中的收益。在考慮時延的雙邊反交會追逃博弈求解與分析方面，分析了不同時延配置對追蹤和逃逸最優策略的影響，推導了基於模型修正的太空飛行器時延型追逃鞍點解，降低了時延對追逃策略的影響。本項目的部分研究成果已套用於天舟一號交會對接任務和國際空間軌道設計大賽中。項目已發表論文26篇，其中SCI收錄15篇、EI收錄9篇；申請專利8項，其中授權2項；培養博士4名、碩士3名；主辦重要國際和國內會議各1次；階段性成果獲湖南省自然科學一等獎、教育部青年科學獎、國際空間軌道設計大賽冠軍等獎勵。
