宇宙機の大規模編隊飛行を実現する相対航法・情報共有ネットワークの構築

构建相关导航与信息共享网络，实现航天器大规模编队飞行

基本信息

批准号：
19J21523
负责人：
船曳敦漠
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究課題A「宇宙機の大規模編隊飛行を実現する相対航法・情報共有ネットワークの理論構築」に関して、推定計算の安定性に優れる完全分散型推定と、推定精度に優れる部分分散型推定を組み合わせた適応型分散推定を提案した。研究課題B「非修理系に適した冗長性・耐故障性を備えたネットワーク構築」に関しては、宇宙機間における観測・通信のネットワークが有する観測性を定量的に評価し、その値に応じて推定アルゴリズムの動作を調整する手法（観測性駆動適応分散型推定）を提案した。これにより、観測センサや通信機の故障が発生したとしても、その故障が相対航法に与える影響を定量的に評価し、分散推定のふるまいを動的に変化させることで、安定的に相対位置・速度推定が可能となった。研究課題C「UWB通信機の実機試験による性能評価及び提案ネットワークの検証」に関しては、研究課題A・Bで提案した相対航法アルゴリズムの性能検証が実機試験では困難であることが判明したため、数値シミュレーションによって代用することとした。開発した数値シミュレータを用いて、相対航法アルゴリズムの性能を評価する上で重要となる様々な要素（宇宙機群の配置、初期推定誤差、故障モード、観測・通信ネットワークの接続状態、等）に対して感度解析を行い、また代表的な既存の相対航法アルゴリズムとの性能比較を行い、本研究の提案手法である適応型分散推定・観測性駆動適応分散型推定の有効性を定量的に示した。

针对研究主题A“实现航天器大规模编队飞行的相对导航/信息共享网络的理论构建”，我们将具有优良估计计算稳定性的全分布式估计和具有优良估计精度的部分分布式估计相结合，提出了一种自适应方差估计。被提议。关于研究课题B“构建适合免修系统的冗余和容错网络”，我们将定量评估航天器之间的观测和通信网络的可观测性，并根据该值进行估计。（可观测性驱动的自适应分布式估计）来调整算法的行为。因此，即使观测传感器或通信设备发生故障，也可以定量评估故障对相对导航的影响，并且可以动态改变方差估计的行为，以稳定地计算相对位置速度。现在可以进行估计。关于研究课题C“通过实机测试和所提出的网络验证对UWB通信设备的性能评估”，发现研究课题A和B中提出的相对导航算法的性能验证很难通过实机测试进行，因此数值模拟我决定用使用开发的数值模拟器，我们研究了评估相对导航算法性能的各种重要因素（航天器组的定位、初始估计误差、故障模式、观测和通信网络的连接状态等）。使用所提出的方法进行分析，并与现有的典型相对导航算法进行性能比较，定量证明了本文提出的自适应方差估计和可观测性驱动的自适应方差估计方法的有效性。