空间控制技术与应用

Select 智能空间系统发展研究

王丹, 董方, 汪路元, 王耀兵, 潘腾

2022, 48(5): 1-8. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.05.001

摘要 ( 105 )

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明确智能空间系统的定义与研究范畴，调研国外智能空间系统在智能信息处理、自主任务规划、智能信息互联3个方向的发展情况.通过对比调研我国智能空间系统在这3个方向的发展情况，提出目前智能空间系统发展中存在的科学问题，形成对未来智能空间系统关键技术发展趋势的分析.

Select 空间智能导航技术发展现状与趋势分析

王瑛, 严涛, 王磊

2022, 48(5): 9-17. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.05.002

摘要 ( 109 )

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当前GALILEO、BDS系统均已基本完成最近一轮的建设，各大GNSS(global navigation satellite system)正在部署下一代导航卫星和研发相关技术.导航精度、对抗性能提升和高可靠、长寿命一直是导航系统发展的主要目标.应用最新技术实现性能提升以及自主智能任务执行成为技术发展的重要方面.文章对当前空间智能导航技术的发展情况，尤其是导航卫星有效载荷的关键技术开展研究.广泛调研国外的创新研发概念、系统技术研发情况、前沿技术发展情况，分析发展需求和驱动力，判定目前国外导航卫星人工智能系统技术的发展水平和发展方向，并提出对我国发展的启示和建议.

Select 面向联合作战的天基智能频谱管控技术研究

张旭, 刘攀, 惠腾飞, 李加洪, 李雄飞

2022, 48(5): 18-28. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.05.003

摘要 ( 72 )

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未来信息化战场涵盖空、天、地等多维作战力量，如何解决海量武器装备在多域作战场景下的用频冲突，实现面向任务的高效资源分配是军事频谱管理领域的发展重点.本文针对天基智能频谱管控的概念内涵、应用需求以及国内外发展现状进行分析总结；结合典型作战场景及任务需求，完成面向联合作战的星地联合智能频谱管控方案设计，有效解决强博弈对抗条件下，传统地面集中式管控方案由于信息支援不足所导致的用频失效问题；提出基于多目标优化理论的用频决策模型，采用多智能体强化学习的求解方法，实现联合作战效能及用频公平性的最优权衡和整体提升，为我军在信息化战争中电磁控制权的快速争夺提供保障.

Select 北京三号卫星自主任务规划设计与在轨应用#br#

陈雄姿, 杨芳, 谢松, 蔡熙, 田帅虎, 郭琪, 黄敏

2022, 48(5): 29-38. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.05.004

摘要 ( 131 )

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北京三号卫星是2021年6月发射的一颗具备智能化、超高敏捷、动中成像等特征的新型敏捷遥感卫星，自主任务规划作为其一项创新性技术，显著提升了卫星的好用易用性和智能化水平.本文介绍了北京三号卫星的运行模式和载荷工作模式；详细阐述了自主任务规划的设计，包括梳理了任务规划的核心功能与关键技术指标，提出了基于国产DSP处理器的自主任务规划硬件系统设计，设计了从地面原始任务信息上注到星上规划各分系统元任务块输出的自主任务规划完整信息流，并详细介绍了自主任务规划软件的各个功能模块及其实现方法；最后，总结了过去一年北京三号卫星自主任务规划在轨测试与应用情况，规划快速、准确、协调，其稳定优异的表现证明了设计的合理性和有效性.

Select 多星多任务分配问题建模与优化算法研究

杨超, 周庆瑞, 王辉

2022, 48(5): 39-46. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.05.005

摘要 ( 79 )

PDF (1993KB) ( 125 )

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遥感卫星的多星多任务分配是一类组合优化问题，通常是将其建模为典型的优化问题，然后采用优化算法进行求解，目标是快速收敛至优化的可行解，但是每种算法都有其局限性. 针对此问题，提出了一种结合蚁群算法和模拟退火算法的多星多任务分配算法，建立具有一定通用性的优化问题模型，然后使用蚁群算法进行迭代获取多个局部最优解，最后把以上最优解作为模拟退火算法的初始解，并进行再搜索. 仿真结果表明，该算法与模拟退火算法相比具有搜索速度快的特点，同时克服了蚁群算法易陷入早熟的问题.

Select 基于智能聚类的遥感卫星成像任务自主聚合方法

张聪, 袁利, 王云鹏, 李勇

2022, 48(5): 47-55. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.05.006

摘要 ( 85 )

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针对遥感卫星多元任务输入造成的局部区域地面目标密集的问题，提出了一种基于智能聚类的遥感卫星成像任务自主聚合方法.该方法采用DBSCAN(density based spatial clustering of applications with noise)智能聚类方法，将局部窗口中待规划任务集合智能划分为多个密集子任务集合，然后根据每个子任务集合的任务密集程度判断任务聚合类型，将密集分散点目标任务聚合为多条带观测任务或者区域观测任务，大幅提高了遥感卫星成像任务的执行效益.仿真试验验证了提出方法的有效性.

Select 基于深度神经网络的航天器反交会逃逸方法

陆鹏飞, 王悦, 石恒, 汤亮

2022, 48(5): 56-66. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.05.007

摘要 ( 140 )

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针对空间近距离非合作交会，提出一种基于深度神经网络(DNN)的航天器智能反交会逃逸方法.首先建立了描述逃逸脉冲优化的双层数学规划(MP)问题模型；然后，选定神经网络的输入与输出，根据前述建立的模型，通过粒子群优化(PSO)算法计算不同相对状态下的最优逃逸脉冲，构建样本集；最后，设计神经网络并进行训练，通过比较学习效果合理选择网络的超参数.仿真结果表明，充分训练后的深度神经网络可以高精度地快速生成逃逸脉冲，并具有较好的泛化性能，可满足轨道博弈中对逃逸机动计算快速性和实时性的要求，为反交会逃逸提供了一种智能化手段.

Select 在轨目标检测模型结构化条带剪枝

呼延烺, 李映, 周诠, 刘娟妮, 魏佳圆, 肖化超, 张怡, 方海

2022, 48(5): 67-77. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.05.008

摘要 ( 77 )

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针对基于卷积神经网络的目标检测算法在轨应用时因其存储复杂度和计算复杂度高而难以实现在轨部署的问题，提出一种结构化条带剪枝算法来实现目标检测模型压缩.使用条带剪枝方法获得卷积核骨架矩阵；对骨架矩阵中的元素进行排序，按照剪枝比例将对应骨架矩阵中较小的元素剪去，从而使得卷积核结构化；采用混合精度训练方法获得结构化条带剪枝模型.分别在NWPU VHR 10数据集和自建数据集上对所提出的结构化条带剪枝算法进行了验证.该算法可以使得参数压缩比达到1.97倍，加速比达到1.68倍，且mAP在NWPU VHR 10数据集上仅下降了0.9%，在自建数据集上仅下降了1.7%.实验结果表明，本文所提出的结构化剪枝方法能够有效实现目标检测模型的压缩.

Select 一种星载图像智能处理装置设计与实现

伍攀峰, 吴宝林, 王允森, 朱其星, 王明贺, 郭清源, 杨宁, 徐明道

2022, 48(5): 78-85. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.05.009

摘要 ( 117 )

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为提升卫星在轨智能处理能力与国产化率，采用国产智能芯片为核心构建星载图像处理装置硬件平台，并在该平台上设计、部署了一种基于YOLOV3的改进型深度学习算法，同时，为解决国产智能芯片的空间可靠应用问题，进行了抗辐照加固设计，并采用热管和散热板相结合的方式进行散热.该装置图像处理速度相比NVIDIA公司的Jetson TX2 GPU处理速度提升2~4倍，6类典型目标识别率均优于85%，可实现卫星光学图像目标在轨实时识别，通过热仿真分析与试验验证表明，该装置设计可满足在轨使用要求.

Select 面向星载边缘计算的遥感目标检测算法轻量化优化研究

张鹏程, 武文波, 李强, 曹城华

2022, 48(5): 86-94. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.05.010

摘要 ( 91 )

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遥感图像目标实时检测是遥感领域高效能应用的一项关键技术.基于深度网络的目标检测模型检测率高，但该类算法模型往往参数多、计算量大，导致模型在边缘端设备难以部署，对该类模型进行轻量化优化是当前深度网络目标检测算法应用落地的一个核心问题.本文以YOLOv5s目标检测模型作为基础，将一种卷积核剪枝方法应用于YOLOv5s模型中，先对BN(batch normalization)层缩放因子做稀疏化处理，然后以其为评判标准对卷积核进行剪枝和参数微调，并用遥感飞机数据集进行训练和测试.实验结果证明，该方法可以在裁剪了30~50%的模型参数的情况下，使模型的目标检测性能变化在2%以内，即通过该方法可以有效减少YOLOv5s模型的过拟合，达到降低模型大小的效果.

Select 星载海量遥感图像智能压缩方法研究

方火能, 璩泽旭, 王元乐, 肖化超, 王鹏, 王国玺

2022, 48(5): 95-104. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.05.011

摘要 ( 97 )

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为提高有效数据的存储和传输效率，将星载遥感图像按照多个压缩子块为单位来构建图像景，对每个图像子块进行实时云检测处理，并统计每景图像中的云占比；同时利用卫星姿轨控数据对图像景中心点进行实时定位，将图像景中心定位信息与星上预置的感兴趣区域模板库进行匹配.联合景图像的云占比及匹配结果，判定当前景图像是否进行云剔除填充，对非云及感兴趣区域景图像进行常规压缩；对厚云及非感兴趣区域的薄云景图，采用大压缩比进行压缩.实验结果表明该方法利用云检测结果及景图重要度来指导图像压缩，显著降低了厚云区及不感兴趣薄云区景图压缩后的数据量.

Select 一种基于深度学习的光学遥感影像在轨目标检测方法

璩泽旭, 方火能, 肖化超, 张佳鹏, 袁玉, 张超

2022, 48(5): 105-115. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.05.012

摘要 ( 67 )

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针对遥感影像复杂的目标成像特性，采用传统的目标检测算法准确率低、鲁棒性不够的问题，提出了一种基于深度学习的光学遥感影像在轨目标检测方法.在硬件层面，设计了大规模可编程逻辑器件FPGA与多核DSP为构架的星上硬件处理平台，支持在轨目标检测网络参数上注重构功能，实现深度学习模型性能不断优化.在软件层面，采用模块化、参数化和并行流水等设计思想的软件架构和数据流，有效提升了算法实现的效率和可移植性.在算法层面，该方法在YOLOv3特征提取网络(DarkNet 53)的基础上引入深度分离卷积(depthwise separable convolution)以有效压缩模型参数与推理计算量.在检测阶段加入局部再检测模块以提升算法对密集目标的适应性.硬件实测结果表明，与目前常用的目标检测方法相比，该方法在处理速度和精度上都有较大的提升，目标检测精度高于90%，单元处理速度达到334.24FPS.同时支持飞机、舰船、车辆等典型目标的检测，为型号应用奠定基础.

Select 卫星结构板智能投影辅助装配系统研制与应用

徐磊, 刘金山, 孙宏宇, 林晓青, 王黎黎, 周占伟

2022, 48(5): 116-124. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.05.013

摘要 ( 55 )

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蜂窝夹层结构板在我国各类卫星结构中的应用越来越广泛，为满足卫星结构连接、设备安装等需求，平均每块蜂窝夹层结构板中包含500余件埋件，每年埋件的总装配量达到百万级，数量庞大.但是，目前在卫星结构板装配过程中仍然依靠人工对图纸或三维模型上的信息进行一一识别，导致结构板埋件装配生产效率不理想、埋件错装、漏装、装反等质量问题难以杜绝.针对上述问题，提出一种卫星结构板智能投影辅助装配系统，通过将埋件安装位置一次性投影在卫星结构板产品上，并明显标记出埋件规格及轮廓特征，引导操作工人进行装配，经应用验证，与以往人工识别和操作的方式相比，可大幅提升结构板复合前埋件装配环节的操作效率和质量稳定性.

Select 一种可重构的星载高性能智能异构计算系统

王元乐, 杨玉辰, 方火能, 邵应昭, 张朗, 李晓博, 梁峰

2022, 48(5): 125-132. doi:10.3969/j.issn.1674 1579.2022.05.014

摘要 ( 95 )

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针对星载高性能计算需求，基于高可靠最小系统和可重构计算单元，提出了一种面向在轨可重构、智能化、可演进的异构计算系统架构.基于该异构计算系统架构，设计和实现了一种可重构FPGA DSP异构计算单元，该异构计算单元具备高可靠最小系统功能，具备高性能FPGA逻辑和丰富DSP多核等资源，可支持4类FPGA程序和6类DSP程序重构，可支持图像处理等参数上注，分时加载完成不同任务，可支持24种程序组合.同时，基于FPGA DSP计算单元，完成了一种面向遥感影像在轨处理的计算系统设计，具备云检测、相对辐射校正等预处理功能，具备基于地理位置的ROI提取、基于目标检测的ROI提取、ROI切片图像的用户处理等功能.未来，基于该可重构的星载高性能计算系统架构，可用于构建更高性能智能异构计算单元，灵活配置计算单元数量和类型，实现更先进的星载高性能智能异构计算系统.