前 言
隨著對空間研究、開發(fā)與應用能力的不斷提升,各國相繼研制
并發(fā)射了大量面向各種任務要求的航天器.在軌服務作為確保各航
天器在復雜空間環(huán)境持久、穩(wěn)定運行的重要手段,已成為目前航天
技術領域的重要發(fā)展方向.在軌服務建立在航天科技高度發(fā)展的基
礎之上,具有服務對象高度分散、服務手段高端密集、服務方式精
準高效等特點.隨著各項在軌服務任務突發(fā)性特征日益凸顯,對任
務規(guī)劃的時效性、資源約束性以及自主性要求也越來越高.自動化
和智能化是在軌服務任務規(guī)劃技術發(fā)展的必然選擇,國際空間在軌
服務的運營實踐表明了這一點.為了進一步滿足任務規(guī)劃貫穿在軌
服務全過程這一實際需求,更好地處理這樣一類持續(xù)周期長、情況
類型不均的任務規(guī)劃問題,本書結合在軌服務技術發(fā)展和突出風險
處置需求,探索了人工智能先進技術應用于在軌服務任務規(guī)劃的方
式方法,通過理論研究與仿真實驗相結合的途徑,為在軌服務提供
科學的規(guī)劃手段,為解決其他領域任務規(guī)劃問題提供借鑒.
本書在緊跟國際研究前沿和自主創(chuàng)新成果的基礎上撰寫完成,
系統地闡述了在軌服務任務智能規(guī)劃的基本概念和原理、基礎理論
和方法、數學模型和算法、案例仿真及結果.全書共分為7章.第1
章為緒論,闡述基本概念,概述技術發(fā)展,剖析研究現狀.第2章
面向在軌服務全過程,在對在軌服務任務規(guī)劃過程進行分析的基礎
上,進行需求分析并明確本書重點,介紹一種運用智能方法來構建
在軌服務任務規(guī)劃的研究框架.第3章針對服務對象眾多、分散,
而在軌服務力量有限這一現狀,以智能規(guī)劃研究框架為依托,面向事前規(guī)劃情況處置需求, 滿足復合服務模式特征, 發(fā)揮Deep Q
Networks前向傳輸和反向訓練的自主運算優(yōu)勢,以用于解決航天器
在軌目標分配問題,介紹一種復合服務模式下在軌目標分配方法.
第4章針對空間碎片威脅而規(guī)避不及時這一突出風險,面向臨時規(guī)
劃情況處置需求,發(fā)揮人工勢場法運算迅速、實時規(guī)避等優(yōu)勢,以
用于解決航天器軌道臨時規(guī)避路徑規(guī)劃問題,介紹一種航天器軌道
臨時規(guī)避路徑規(guī)劃方法.第5章針對目標非合作而均衡策略難獲取
這一突出問題,面向實時規(guī)劃情況處置需求,將動態(tài)博弈與最優(yōu)控
制相結合以有效解決航天器軌道博弈問題,介紹一種航天器軌道博
弈實時規(guī)劃方法.第6章面向在軌服務任務智能規(guī)劃研究實際應用,
開展任務規(guī)劃系統設計,進行任務規(guī)劃系統案例仿真分析,檢驗本
書智能規(guī)劃方法的可行性和有效性.第7章展望,總結本書主要工
作和下一步研究方向.
本書的研究工作得到了軍事科學院、航天工程大學、中國空間
技術研究院等單位眾多領導的關心,得到了司光亞、張明智、于小
紅、熊偉、張雅聲、岳智宏、王新波、劉必鎏、劉小荷、周赤非、
董獻洲、宋旭民、賈珺等專家領導的指導.同時,馬軍偉、劉海強、
劉宇辰、趙永勝、蔡宗寶、李悅、宋家乾、李亞東等單位領導給予
了大力支持,軍事科學院博士剛建勛、于鴻源、馬心意、施展等參
與了相關研究工作, 王雯雯、辛江、張其揚、董芳、房瑩、張頌、
王濤、萬康、尹文浩、張鍇、王樹聲等提出了寶貴意見,在此一并
向他們表示感謝.
本書的出版有幸得到中國科學院周志鑫院士的關心和支持,在
此深表謝意.
由于作者水平有限,書中難免有不妥之處,敬請讀者批評指正.
作 者
2021年12月于北京
目錄
第1章 緒論
1.1 在軌服務任務規(guī)劃的研究背景
1.2 在軌服務任務規(guī)劃的相關概念
1.2.1 在軌服務
1.2.2 任務規(guī)劃與智能規(guī)劃
1.3 在軌服務技術發(fā)展概況
1.3.1 碎片移除
1.3.2 輔助變軌
1.3.3 在軌加注
1.3.4 在軌裝配
1.4 相關規(guī)劃技術研究進展
1.4.1 在軌服務任務智能規(guī)劃
1.4.2 目標分配方法
1.4.3 規(guī)避路徑規(guī)劃方法
1.4.4 博弈策略規(guī)劃方法
1.5 本書內容與章節(jié)安排
1.5.1 本書內容
1.5.2 章節(jié)安排
第2章 在軌服務任務規(guī)劃研究框架
2.1 在軌服務任務規(guī)劃概述
2.1.1 階段劃分及規(guī)劃概述
2.1.2 在軌服務任務規(guī)劃過程分析
2.2 在軌服務任務規(guī)劃需求分析
2.2.1 總體需求分析
2.2.2 主要研究問題
2.3 面向在軌服務全過程的智能規(guī)劃研究框架
2.3.1 智能規(guī)劃求解方式
2.3.2 智能規(guī)劃研究框架
2.4 本章小結
第3章 復合服務模式下在軌目標分配研究
3.1 目標分配問題描述與建模
3.1.1 問題描述
3.1.2 目標分配建模
3.2 在軌服務目標分配指標模型
3.2.1 執(zhí)行效益指標
3.2.2 能耗效率指標
3.3 基于改進DeepQNetworks的目標分配求解算法
3.3.1 目標分配DeepQNetworks網絡
3.3.2 DeepQNetworks收斂性與穩(wěn)定性改進
3.3.3 目標分配方法流程
3.4 復合服務模式下在軌目標分配案例分析
3.4.1 案例描述
3.4.2 模型運算分析
3.4.3 算法對比
3.5 本章小結
第4章 航天器軌道臨時規(guī)避路徑規(guī)劃研究
4.1 軌道規(guī)避問題描述與建模
4.1.1 問題描述
4.1.2 航天器軌道規(guī)避問題建模
4.2 基于Frenet坐標系的軌道規(guī)避指標模型
4.2.1 基于Frenet的空間運動坐標系
4.2.2 Frenet坐標系的笛卡兒轉換
4.2.3 航天器軌道規(guī)避優(yōu)化指標
4.3.基于改進人工勢場的路徑生成算法
4.3.1 規(guī)避空間碎片的人工勢場
4.3.2 規(guī)避空間碎片的路徑規(guī)劃
4.3.3 規(guī)避路徑動態(tài)優(yōu)化
4.4 航天器軌道臨時規(guī)避路徑規(guī)劃案例分析
4.4.1 案例描述
4.4.2 模型運算分析
4.4.3 算法對比
4.5 本章小結
第5章 航天器軌道博弈策略實時規(guī)劃研究
5.1 軌道博弈問題描述與建模
5.1.1 問題描述
5.1.2 問題建模
5.2 基于分支深度強化學習的博弈策略求解算法
5.2.1 博弈策略存在性與一致性檢驗
5.2.2 博弈策略求解的馬爾可夫決策
5.2.3 連續(xù)空間求解的模糊推理模型
5.2.4 軌道博弈的分支深度強化學習
5.2.5 航天器與空間目標的博弈交互
5.3 航天器軌道博弈策略實時規(guī)劃案例分析
5.3.1 問題描述
5.3.2 模型運算分析
5.3.3 算法對比
5.4 本章小結
第6章 在軌服務任務規(guī)劃系統設計及應用
6.1 在軌服務任務規(guī)劃系統需求
6.1.1 任務規(guī)劃系統建設之基
6.1.2 任務規(guī)劃系統建設之需
6.1.3 任務規(guī)劃系統建設之要
6.2 在軌服務任務規(guī)劃系統設計
6.2.1 系統體系框架
6.2.2 系統功能架構
6.3 在軌服務任務規(guī)劃系統應用
6.3.1 背景想定
6.3.2 仿真與驗證
6.4 本章小結
第7章 展望
7.1 本書主要工作
7.1.1 研究了在軌服務任務規(guī)劃需求與研究框架
7.1.2 研究了復合服務模式下在軌目標分配方法
7.1.3 研究了航天器軌道臨時規(guī)避路徑規(guī)劃方法
7.1.4 研究了航天器軌道博弈策略實時規(guī)劃方法
7.1.5 開展了在軌服務任務規(guī)劃系統設計與應用
7.2 研究展望
7.2.1 由簡到繁,繼續(xù)深入規(guī)劃方法研究
7.2.2 以點帶面,促進相關技術協同發(fā)展
7.2.3 由運算到認知,探索智能化發(fā)展之路
參考文獻
書單推薦
