技术发明奖公示内容

项目名称： 主动碎片清除微纳GNC系统技术 提名单位： 上海市 提名等级： 二等奖 项目简介： 该项目针对基于微纳卫星的空间碎片主动清除任务，解决了资源受限下的翻滚碎片测量、规划、逼近与捕获控制难题，形成多项技术发明：1.发明了多类组合特征动态跟踪与三目融合视觉敏感器，将立体视觉测量的最大目标角速度由1°/s提升到3.2°/s、盲区从2m减小到0.2m，优于欧洲Prisma代表的国外最高水平；2.发明了同伦等效逼近路径规划与自适应跟踪控制方法，对3.2°/s翻滚碎片的逼近路径规划耗时缩短15%，姿轨同步逼近与跟踪性能达到欧洲e.Deorbit等国际先进水平；3.发明了状态实时重构与碰撞衰减的柔顺捕获控制技术，使得捕获过程姿态稳定度、力矩响应速度、补偿精度均优于国外最高水平。 共获授权发明专利54项，软件著作权9项，制定行业标准2项，出版专著5部，发表论文105篇，ESI数据库热点论文1篇、高被引论文3篇，先后被两本美国航天器控制权威教材引用。经专家鉴定：“总体技术水平达到国际先进，部分技术指标国际领先”。获上海市技术发明一等奖1项。 该项目不仅已应用到SY-7、TW-1、NS-1等十余个卫星型号，近三年新增产值超5.6亿元，还跨行业推广应用到无人机、智能武器、机器人等系统中，近三年新增产值超1.2亿元，产业前景广阔。 客观评价： 1）2017年10月12日，以孟执中院士为组长的鉴定委员会的鉴定结论认为：项目解决了微纳卫星资源受限下的翻滚目标测量、规划、逼近与捕获控制问题。项目涉及的技术难度大、提出的方法创新性强，获得多项自主知识产权，总体技术水平达到国际先进，部分技术指标国际领先；大幅提升了我国航天器的精确测量、动态规划、耦合控制、融合集成等能力；经济和社会效益显著，具有广阔的应用前景。 2）“主动碎片清除微纳GNC系统技术”获2018年上海市技术发明一等奖。 3）美国工程院院士Kyle T. Alfriend在其教材《Spacecraft Formation Flying》中引用了该项目提出的相对运动一阶解析模型，高度评价了该模型的高精度和低运算量；意大利宇航学家Giorgio Fasano在其教材《Space Engineering-Modeling and Optimization with Case Studies》中引用了该项目的一篇ESI数据库高被引论文，认为文中提出的同伦等效路径规划方法可大幅简化最优路径的求解；中科院包为民院士、柴天佑院士、IEEE Fellow Karishan R. Pattipati教授、IEEE Fellow Abdulmotaleb EI Saddik教授、法国宇航学家Laurent Burlion分别引用了该项目理论成果，充分肯定了创新性和有效性。 应用情况： 1）该项目成果在我国SY-7空间维护科学实验飞行器、TW-1碎片清除技术验证飞行器、任务中整体应用，大幅提升了我国碎片清除航天器的自主测量、导航、规划与控制能力。 2）该项目提出的微纳卫星姿轨控分系统、微纳测量与控制产品已标准型谱化，广泛应用到我国NS-1网络双星、遥感卫星二十二号和二十七号、和德一号导航增强微卫星、珠海一号遥感星座等多型卫星，大幅提升了微纳卫星的灵活机动能力和集成水平，有力支撑了微纳卫星的产业化应用，近三年新增产值5.6亿元。 3）该项目中多项技术和产品已跨行业推广应用到无人机、智能武器、智能装备、机器人等系统中，大幅提升了精确自主测量与控制能力，近三年新增产值1.2亿元，产业化前景广阔。 主要知识产权和标准规范目录： 1）空间碎片自主目标识别及预警方法 ，ZL200810078017.3； 2）一种地面验证系统及追踪航天器的轨迹规划方法，ZL201510881627.7； 3）非合作目标绕飞悬停的姿轨协同控制方法，ZL201310260623.8； 4）多模融合的微小卫星非合作目标相对导航方法，ZL201318003632.x； 5）一种用星上视线角度信息的相对导航方法，ZL201110011003.1； 6）用于微纳卫星的三目视觉敏感器及其测量方法，ZL201410845011.x； 7）基于对偶四元数的多星姿轨动力学建模方法及其验证系统，ZL201510885573.1； 8）避障约束下冗余空间机器人的混合整数预测控制方法，ZL201510028194.0； 9）一种混合悬浮微重力环境下带有单关节机械臂的组合体自主控制方法，ZL201510023888.5； 10）基于线性霍尔元件的微飞轮测速方法和装置，ZL201318003430.5。 主要完成人情况： 1、刘付成 职务：所长 职称：研究员 工作单位：上海航天控制技术研究所 完成项目时所在单位：上海航天控制技术研究所 对项目创造性贡献：项目总负责人，是发明点1、2、3作出创造性贡献，负责总体设计、方案制定与关键理论研究，提出了空间碎片自主目标识别及预警方法、翻滚目标逼近与抓捕过程的干扰估计与稳定控制方法、飞轮扰动建模与抑制方法等研究成果，对翻滚碎片目标的识别观测、相对轨道动力学与控制起到支撑作用。授权发明专利ZL200810078017.3、ZL201610335308.0、ZL201610569873.3等3项，软件著作权2015SR149911等6项，发表论文10篇，出版专著3部。 2、孙俊 职务：主任 职称：高级工程师 工作单位：上海航天控制技术研究所 完成项目时所在单位：上海航天控制技术研究所 对项目创造性贡献：对发明点1、2、3作出创造性贡献，提出了多约束下的逼近轨迹规划、机械臂抓捕姿轨耦合控制的一体化动力学模型与控制、高集成相对测量敏感器的信息融合等方法。授权发明专利ZL201510881627.7、ZL201410845134.3、ZL201510718561.X等7项，软件著作权2014SR172694等6项，发表论文15篇，出版专著2部。 3、韩飞 职务：无 职称：高级工程师 工作单位：上海航天控制技术研究所 完成项目时所在单位：上海航天控制技术研究所 对项目创造性贡献：对发明点1、2、3作出创造性贡献，提出了翻滚碎片目标的多模式相对导航、跟踪与逼近的姿轨同步控制、惯性测量与相对测量敏感器的多源信息融合与补偿等方法。授权发明专利ZL201110011003.1、ZL201318003632.x、ZL201310260623.8等23项，软件著作权2015SR150674等4项，发表论文15篇。 4、宝音贺西 职务：无 职称：教授 工作单位：清华大学 完成项目时所在单位：清华大学 对项目创造性贡献：对发明点1、2作出创造性贡献，提出了空间目标多体复杂耦合动力学模型、燃料最优的相对路径规划与维持控制方法。发表论文10篇，其中1篇ESI高被引论文，理论成果先后被《Spacecraft Formation Flying》 和《Space Engineering》两本美国航天器控制权威教材引用。 5、罗建军 职务：无 职称：教授 工作单位：西北工业大学 完成项目时所在单位：西北工业大学 对项目创造性贡献：对发明点2作出创造性贡献，提出了避障约束下的混合整数预测控制、仅测角导航与闭环制导、翻滚目标捕获组合体的姿态扰动抑制控制等方法。授权发明专利ZL201510028194.0、ZL201510023888.5、ZL2016103869.X等5项，发表论文19篇，出版专著2部。 6、肖冰 职务：无 职称：副教授 工作单位：西北工业大学 完成项目时所在单位：西北工业大学 对项目创造性贡献：对发明点2作出创造性贡献，提出了动态预测安全接近与姿轨耦合跟踪鲁棒控制、捕获组合体的不确定影响衰减姿态控制等方法。发表论文20篇，其中ESI热点论文1篇、高被引论文1篇。 完成人合作关系说明： 该项目六位完成人从2008年开始，组建了联合攻关团队，合作开展主动碎片清除的制导导航与控制技术研究，联合承担了国家863计划、国家自然科学基金、民用航天等领域的多项重大/重点项目，充分发挥各自在工程背景、理论研究、技术实现与验证等方面的优势，高效协同，有力保障了该项目各项成果的获得。