项目名称： 空间合作目标运动再现中跨尺度控制的前沿数学问题 首席科学家： 贾英民 北京航空航天大学 起止年限： 2012.1-2016.8 依托部门： 中华人民共和国工业和信息化部 一、关键科学问题及研究内容 科学问题一：跨尺度运动环境建立的相似因素及数学表征 开展空间合作目标的运动再现研究，首先需要建立运动环境，即如何将空间微重力环境对不同合作目标的轨道运动在地面通过基座运动的方式近似出来。运动环境的一个主要特征是跨尺度。这主要表现在时间与空间上的跨尺度，基座轨道运行中多倍速度变化之差带来的跨尺度，基座与超低速运行的重力补偿系统间快慢子系统跨尺度，以及不同控制方案施加的跨尺度等。这种跨尺度无疑给理论分析和系统实现都带来了很大的困难。运动环境的建立主要是采用数学模型计算微重力环境下应产生的运动，然后借助外力使模型产生相应的运动。这里所涉及的数学问题主要是指动力学计算和运动学等效。采用动力学计算和运动学等效的数学表征方法的最大优点是它不受几何参数和质量特性的限制。同时，导致的试验系统结构相对简单、成本低、灵活性强、易扩展，可采用商业产品实现。 科学问题二：运动规划中的跨尺度建模、优化与控制 开展空间合作目标的运动再现研究，做好运动规划无疑是至关重要的，即 如何将参与合作的目标飞行器和追踪飞行器双方在满足期望要求的条件下协调运行。运动规划中的跨尺度特征主要表现在对象建模中低阶参数变化与高阶未建模误差描述的跨尺度，不同系统层次的跨尺度，连续-离散混杂系统的跨尺度，信号滤波的跨尺度，系统多率采样的跨尺度，变结构与切换控制的跨尺度，多种目标优化的跨尺度等。此外，变轨是运动规划中需要考虑的另一典型特征，从控制的观点来讲，一个完整的空间合作过程需要四个阶段，即地面引导阶段，自动寻的阶段，最后逼近阶段与合作阶段。概括地说，这些任务是通过追踪飞行器的轨道改变，即变轨来实现的，这就意味着变轨自始至终贯穿着整个合作过程，同时，伴随着变速变轨，两飞行器信息的精确获取也是十分重要的，且需要确定不同阶段能获得和提取哪些量测量，尤其是自动寻的过程。 科学问题三：运动信息的多源跨尺度数据融合 开展空间合作目标的运动再现研究，各个子系统之间相关信息的获取、传 输和处理是无法回避的研究问题。运动信息中的跨尺度特征主要表现在图像的跨尺度描述，多源信息融合的跨尺度处理，以及网络环境下跨尺度几何网络信息模型的建立等。...
