基于视觉的空间非合作目标的智能捕获技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11802174
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0704.多体与高维系统非线性动力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

On-orbit service and maintenance of spacecraft are an important research issue in aerospace field, and are valuable to both military and civilian applications. Capture of space object is the premise of on-orbit service and maintenance. In many on-orbit service missions, such as on-orbit assembling, breakdown maintaining, refueling, module replacing, technology upgrading, and auxiliary mechanism deploying, space target should be captured at the beginning of the mission. Since non-cooperative space target (such as space trash, disable and failed satellites) cannot communicate with and cooperate with the service spacecraft, the capture of them is a very challenging mission. To meet the significant demand of Chinese aerospace industry in the future, this project studies the intelligent capture technology of non-cooperative space target. In this research, the computer vision technology is employed to study the 3D reconstruction of the target, the optimization method is used to study the motion prediction of the target based on vision information, the deep learning and reinforcement learning technologies are adopted to study the intelligent grasping of the target, and the experiment is conducted to validate the proposed 3D reconstruction method. The research of this project can lay a foundation for on-orbit service and maintenance, and promote the development of Chinese aerospace engineering.
航天器的在轨服务与维护是航天领域未来重要的发展方向,具有极高的军民两用双重价值。空间目标的在轨捕获是完成航天器在轨服务与维护的前提,如对卫星进行在轨装配、故障维修、燃料加注、模块更换、技术升级以及辅助机构展开等,都需要首先完成空间目标的在轨捕获,否则在轨服务无从谈起。由于空间非合作目标(如空间垃圾、失效航天器、失控航天器)在信息层面上不沟通、在机动行为上不配合,对其的捕获更具挑战性。本申请项目面向我国航天未来发展的重大需求,对空间非合作目标的智能捕获技术进行研究,采用计算机视觉技术研究非合作目标的三维结构重建方法,基于视觉信息和采用优化方法研究非合作目标的运动预测方法,采用深度学习和强化学习两种人工智能技术研究非合作目标的智能捕获方法,并且开展相关方法的实验验证,为实现航天器在轨服务与维护奠定理论基础,寄望于研究成果能够促进我国航天事业的发展。

结项摘要

航天器的在轨服务与维护是航天领域未来重要的发展方向,具有极高的军民两用双重价值。空间目标的在轨捕获是完成航天器在轨服务与维护的前提,如对卫星进行在轨装配、故障维修、燃料加注、模块更换、技术升级以及辅助机构展开等,都需要首先完成空间目标的在轨捕获,否则在轨服务无从谈起。本项目针对空间机器人在轨非合作目标任务中,抓捕前阶段的运动观测与预测、抓捕中阶段的抓捕结构智能识别与操作控制问题进行了深入研究并取得了丰富的研究成果。具体成果如下:1.提出了一种改进最近点迭代算法来解决表面覆有高反射率材料的非合作目标位姿观测问题;2.提出了一种高精度两步的非合作目标的运动预测方法;3. 给出了一种快速生成卫星抓捕结构识别训练用数据的构建方法,并基于所构建数据对多种结构识别神经网络的识别精度进行了有效评估,评估结果为工程部门解决抓捕结构的智能识别算法的选择提供参考;4.提出两种可实现接触保持的碰撞控制方法,经验证两种方法能确保空间机器人顺利完成抓捕操作。上述研究成果均是以实际需求为出发点,具有很好的理论和工程价值。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
Pose Estimation of Non-Cooperative Target Coated With MLI
涂有MLI的非合作目标位姿估计
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2946346
  • 发表时间:
    2019-01-01
  • 期刊:
    IEEE ACCESS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Wang, Qishuai;Lei, Ting;Yu, Zhangwei
  • 通讯作者:
    Yu, Zhangwei
Attitude evolution of a dual-liquid-filled spacecraft with internal energy dissipation
内耗能双液填充航天器姿态演化
  • DOI:
    10.1007/s11071-019-05440-5
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Nonlinear Dynamics
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Liu Yuanqing;Liu Xiaofeng;Cai Guoping;Chen Jubing
  • 通讯作者:
    Chen Jubing
基于ORB-SLAM的低照度空间非合作目标的姿态估计
  • DOI:
    10.6052/1672-6553-2020-093
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    动力学与控制学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周朋博;刘晓峰;蔡国平
  • 通讯作者:
    蔡国平
Trajectory planning and coordination control of a space robot for detumbling a flexible tumbling target in post-capture phase
空间机器人在捕获后阶段对柔性翻滚目标进行翻滚的轨迹规划和协调控制
  • DOI:
    10.1007/s11044-020-09774-6
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Multibody System Dynamics
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Liu Yuanqing;Liu Xiaofeng;Cai Guoping;Chen Jubing
  • 通讯作者:
    Chen Jubing
Motion-planning and pose-tracking based rendezvous and docking with a tumbling target
基于运动规划和姿势跟踪的与翻滚目标的交会对接
  • DOI:
    10.1016/j.asr.2019.11.013
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Advances in Space Research
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Zhou Bang-Zhao;Liu Xiao-Feng;Cai Guo-Ping
  • 通讯作者:
    Cai Guo-Ping

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其他文献

低能见度环境中驾驶人危险驾驶行为影响因素分析
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  • 通讯作者:
    杜龙敏
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  • 通讯作者:
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考虑干粘附效应的吸附单元动态接触建模问题研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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