本發(fā)明涉及航天器運動控制，尤其涉及一種航天器運動裝置與環(huán)境色彩交互式反饋采集分析方法。

背景技術(shù)：

1、航天器運動裝置在執(zhí)行任務(wù)過程中需要與周邊環(huán)境進行實時交互，通過環(huán)境感知獲取信息來指導(dǎo)運動控制。其中，環(huán)境色彩信息作為重要的感知數(shù)據(jù)，能夠反映環(huán)境特征和變化規(guī)律。目前，常用的環(huán)境感知方法主要包括激光雷達掃描、視覺圖像采集等，這些方法在航天器運動裝置的環(huán)境適應(yīng)性控制中發(fā)揮著重要作用。

2、然而，現(xiàn)有技術(shù)仍然存在一些不足，環(huán)境感知方法主要集中在幾何特征提取，對多光譜色彩信息的深度分析利用不足，難以充分反映環(huán)境的動態(tài)變化特性；運動控制策略缺乏與環(huán)境特征的有效關(guān)聯(lián)，無法實現(xiàn)基于環(huán)境變化的自適應(yīng)調(diào)節(jié)；感知數(shù)據(jù)與控制指令之間缺乏系統(tǒng)化的交互反饋機制，導(dǎo)致運動裝置對環(huán)境變化的響應(yīng)存在滯后性。

3、綜上所述，本發(fā)明旨在解決上述技術(shù)問題，提出一種基于多光譜色彩信息分析的航天器運動裝置控制方法，通過實時采集和分析環(huán)境色彩特征，建立色彩梯度場與運動軌跡的映射關(guān)系，采用變結(jié)構(gòu)補償和預(yù)測控制相結(jié)合的方式實現(xiàn)運動裝置的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，并構(gòu)建交互式反饋數(shù)據(jù)集用于持續(xù)優(yōu)化，從而提高航天器運動裝置對環(huán)境變化的適應(yīng)性和控制精度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供一種航天器運動裝置與環(huán)境色彩交互式反饋采集分析方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

2、本發(fā)明實施例的第一方面，提供一種航天器運動裝置與環(huán)境色彩交互式反饋采集分析方法，包括：

3、實時采集航天器運動裝置周邊環(huán)境的多光譜色彩信息；

4、對多光譜色彩信息進行自適應(yīng)波段分區(qū)，提取多尺度光譜特征，通過跨尺度關(guān)聯(lián)構(gòu)建環(huán)境色彩特征映射矩陣；

5、基于環(huán)境色彩特征映射矩陣計算色彩梯度場，識別色彩梯度場中的特征變化節(jié)點，將色彩梯度場分割為多個特征區(qū)域；

6、執(zhí)行量子色彩特征分析算法，計算各特征區(qū)域之間的能量分布，生成航天器運動裝置的最優(yōu)運動軌跡；

7、實時獲取航天器運動裝置的運動參數(shù)，包括位置參數(shù)、速度參數(shù)和加速度參數(shù)；

8、執(zhí)行運動狀態(tài)決策算法，將最優(yōu)運動軌跡進行分段線性化處理，通過狀態(tài)估計和預(yù)測模型計算偏差，采用變結(jié)構(gòu)補償方法結(jié)合預(yù)測補償，生成運動修正量，輸出航天器運動裝置的實時控制指令；

9、根據(jù)實時控制指令調(diào)節(jié)航天器運動裝置的運動狀態(tài)；

10、記錄航天器運動裝置的運動過程數(shù)據(jù)和環(huán)境色彩變化數(shù)據(jù)，形成交互式反饋數(shù)據(jù)集。

11、進一步地，

12、對多光譜色彩信息進行自適應(yīng)波段分區(qū)，提取多尺度光譜特征，通過跨尺度關(guān)聯(lián)構(gòu)建環(huán)境色彩特征映射矩陣包括：

13、所述多光譜色彩信息包括可見光波段信息和近紅外波段信息；

14、將所述可見光波段信息和所述近紅外波段信息按照色彩響應(yīng)特性進行自適應(yīng)分區(qū)，對每個分區(qū)設(shè)置動態(tài)采樣間隔，生成非均勻分布的波段采樣序列；

15、基于波段采樣序列，根據(jù)波段間的光譜相關(guān)性動態(tài)調(diào)整權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建自適應(yīng)權(quán)重網(wǎng)絡(luò)；

16、將所述自適應(yīng)權(quán)重網(wǎng)絡(luò)與所述波段采樣序列進行卷積運算，生成波段間的光譜響應(yīng)特征向量；

17、對光譜響應(yīng)特征向量執(zhí)行波段能量泄露檢測和串擾補償，通過自適應(yīng)優(yōu)化生成多尺度光譜特征描述子，所述多尺度光譜特征描述子包含波段間的關(guān)聯(lián)特征和互補特征；

18、基于所述多尺度光譜特征描述子構(gòu)建層次化特征映射矩陣，在所述層次化特征映射矩陣中建立多個特征子空間，每個特征子空間對應(yīng)所述多尺度光譜特征描述子的一個尺度層級；

19、計算所述特征子空間之間的跨尺度關(guān)聯(lián)度，生成特征關(guān)聯(lián)圖譜；

20、基于所述特征關(guān)聯(lián)圖譜對所述層次化特征映射矩陣進行動態(tài)重構(gòu)，輸出具有多尺度自適應(yīng)特性的環(huán)境色彩特征映射矩陣。

21、進一步地，

22、對光譜響應(yīng)特征向量執(zhí)行波段能量泄露檢測和串擾補償，通過自適應(yīng)優(yōu)化生成多尺度光譜特征描述子，所述多尺度光譜特征描述子包含波段間的關(guān)聯(lián)特征和互補特征包括：

23、基于所述光譜響應(yīng)特征向量，獲取相鄰波段的光譜響應(yīng)曲線，將中心波段的響應(yīng)曲線與兩側(cè)相鄰波段的響應(yīng)曲線進行差分運算，得到波段間的能量泄露系數(shù)；

24、對所述光譜響應(yīng)特征向量進行帶通濾波，提取波段重疊區(qū)域的響應(yīng)信號，通過互相關(guān)分析計算波段間的串擾系數(shù)；

25、基于所述能量泄露系數(shù)和所述串擾系數(shù)生成波段交疊補償矩陣，采用梯度下降法，通過迭代優(yōu)化確定波段交疊區(qū)域的能量分布修正參數(shù)；

26、計算所述光譜響應(yīng)特征向量在波段邊界處的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)，基于導(dǎo)數(shù)值的變化率確定邊界模糊度，生成波段自適應(yīng)補償參數(shù)；

27、將所述波段交疊補償矩陣與所述波段自適應(yīng)補償參數(shù)結(jié)合，對所述光譜響應(yīng)特征向量執(zhí)行串擾抑制和能量補償，得到光譜響應(yīng)優(yōu)化特征向量；

28、采用高斯金字塔分解對光譜響應(yīng)優(yōu)化特征向量進行多尺度分解，融合各尺度下的波段特征，生成能量均衡的多尺度光譜特征描述子。

29、進一步地，

30、執(zhí)行量子色彩特征分析算法，計算各特征區(qū)域之間的能量分布，生成航天器運動裝置的最優(yōu)運動軌跡包括：

31、將所述特征區(qū)域的hsv色彩空間分量構(gòu)建為量子態(tài)表示，根據(jù)所述量子態(tài)表示構(gòu)建特征區(qū)域的能量分布；

32、基于所述能量分布確定能量算子，包括色調(diào)能量算子、飽和度能量算子和亮度能量算子，執(zhí)行量子測量獲取特征區(qū)域之間的能量分布值；

33、根據(jù)能量分布值構(gòu)建參數(shù)化變分電路，將對應(yīng)的輸出狀態(tài)與預(yù)設(shè)的軌跡優(yōu)化目標函數(shù)進行重疊度計算，通過梯度下降迭代優(yōu)化參數(shù)化變分電路的變分參數(shù)，得到優(yōu)化量子態(tài)；

34、對所述優(yōu)化量子態(tài)執(zhí)行位置測量，重構(gòu)航天器運動裝置的運動軌跡，構(gòu)建速度函數(shù)和加速度函數(shù)，分別計算所述優(yōu)化量子態(tài)在速度函數(shù)下和在加速度函數(shù)下對應(yīng)的期望值；

35、根據(jù)所述期望值構(gòu)建退相干補償矩陣，將優(yōu)化量子態(tài)與所述退相干補償矩陣組合得到量子態(tài)密度矩陣，構(gòu)建約束驗證函數(shù)，計算量子態(tài)密度矩陣的約束滿足度；

36、根據(jù)約束滿足度對運動軌跡進行修正，得到修正運動軌跡，確定對應(yīng)的最優(yōu)量子態(tài)密度矩陣，基于最優(yōu)量子態(tài)密度矩陣和所述能量算子計算系統(tǒng)能量消耗，生成滿足動力學(xué)約束的航天器運動裝置的最優(yōu)運動軌跡。

37、進一步地，

38、對所述優(yōu)化量子態(tài)執(zhí)行位置測量，重構(gòu)航天器運動裝置的運動軌跡包括：

39、對優(yōu)化量子態(tài)執(zhí)行位置測量，獲得量子態(tài)位置表象，計算位置測量概率密度，根據(jù)所述位置測量概率密度計算位置測量期望值；

40、計算位置測量期望值的局部方差，確定小波-高斯混合濾波器的帶寬參數(shù)，構(gòu)建小波分解序列和高斯濾波核函數(shù)；將所述位置測量期望值依次通過所述小波分解序列獲得多尺度系數(shù)，對所述多尺度系數(shù)與所述高斯濾波核函數(shù)進行卷積運算，重構(gòu)得到濾波位置測量數(shù)據(jù)；

41、根據(jù)位置測量期望值計算權(quán)重系數(shù)矩陣，將所述濾波位置測量數(shù)據(jù)與所述權(quán)重系數(shù)矩陣進行加權(quán)計算，構(gòu)建初始軌跡函數(shù)；

42、計算所述初始軌跡函數(shù)的拉普拉斯算子，將所述初始軌跡函數(shù)與所述拉普拉斯算子的乘積經(jīng)平滑系數(shù)調(diào)制后疊加至所述初始軌跡函數(shù)，得到平滑軌跡函數(shù)；

43、分別計算統(tǒng)計誤差函數(shù)、儀器誤差函數(shù)和噪聲誤差函數(shù)，并基于對應(yīng)權(quán)重系數(shù)構(gòu)建誤差補償函數(shù)；

44、將所述平滑軌跡函數(shù)與所述誤差補償函數(shù)進行運算，獲得最終重構(gòu)的航天器運動軌跡。

45、進一步地，

46、執(zhí)行運動狀態(tài)決策算法，將最優(yōu)運動軌跡進行分段線性化處理，通過狀態(tài)估計和預(yù)測模型計算偏差，采用變結(jié)構(gòu)補償方法結(jié)合預(yù)測補償，生成運動修正量，輸出航天器運動裝置的實時控制指令包括：

47、將所述最優(yōu)運動軌跡在多維狀態(tài)空間中進行分段線性化處理，構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移序列，每個狀態(tài)轉(zhuǎn)移區(qū)間包含狀態(tài)特征節(jié)點；

48、對所述運動參數(shù)進行狀態(tài)解耦，生成獨立的狀態(tài)分量，通過遞歸濾波獲取狀態(tài)估計值；

49、基于狀態(tài)估計值構(gòu)建預(yù)測模型，計算預(yù)測時域內(nèi)的狀態(tài)演化序列，與所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移序列進行匹配，得到狀態(tài)偏差曲線；

50、采用變結(jié)構(gòu)補償方法處理所述狀態(tài)偏差曲線，通過動態(tài)切換函數(shù)劃分補償區(qū)域，分別計算對應(yīng)的補償量，輸出補償控制量；

51、在離散控制時序點基于所述預(yù)測模型計算預(yù)測補償量，結(jié)合實時狀態(tài)反饋計算即時補償量，將所述預(yù)測補償量、即時補償量和補償控制量融合生成運動修正量；

52、基于所述運動修正量構(gòu)建分段連續(xù)的非線性映射結(jié)構(gòu)作為速度響應(yīng)函數(shù)，構(gòu)建帶有狀態(tài)耦合項的轉(zhuǎn)向響應(yīng)函數(shù)，得到速度控制量和轉(zhuǎn)向控制量；

53、將所述速度控制量和轉(zhuǎn)向控制量轉(zhuǎn)換為速度控制指令和轉(zhuǎn)向控制指令，合成為航天器運動裝置的實時控制指令。

54、進一步地，

55、采用變結(jié)構(gòu)補償方法處理所述狀態(tài)偏差曲線，通過動態(tài)切換函數(shù)劃分補償區(qū)域，分別計算對應(yīng)的補償量，輸出補償控制量包括：

56、計算所述狀態(tài)偏差曲線的變化率，根據(jù)狀態(tài)偏差和狀態(tài)偏差變化率構(gòu)建動態(tài)切換函數(shù)；

57、基于所述動態(tài)切換函數(shù)的輸出值將補償區(qū)域劃分為第一補償區(qū)域和第二補償區(qū)域，所述第一補償區(qū)域?qū)?yīng)偏差小于預(yù)設(shè)閾值的區(qū)域，所述第二補償區(qū)域?qū)?yīng)偏差大于預(yù)設(shè)閾值的區(qū)域；

58、在所述第一補償區(qū)域內(nèi)，采用狀態(tài)偏差的二次型函數(shù)執(zhí)行線性補償，計算線性補償量；

59、在所述第二補償區(qū)域內(nèi)，構(gòu)建狀態(tài)偏差的能量映射函數(shù)，基于所述能量映射函數(shù)確定李雅普諾夫穩(wěn)定性函數(shù)，采用所述李雅普諾夫穩(wěn)定性函數(shù)計算自適應(yīng)增益，形成動態(tài)補償因子；

60、將所述線性補償量或所述動態(tài)補償因子輸出，作為補償控制量。

61、在本發(fā)明實施例中，通過實時采集和分析航天器運動裝置周邊環(huán)境的多光譜色彩信息，構(gòu)建環(huán)境色彩特征映射矩陣，實現(xiàn)了對復(fù)雜環(huán)境中色彩變化的精確捕捉和表征，能夠有效識別環(huán)境中的特征變化節(jié)點，為航天器運動規(guī)劃提供更加豐富和準確的環(huán)境信息；基于量子色彩特征分析算法，能夠計算不同特征區(qū)域之間的能量分布，從而生成航天器運動裝置的最優(yōu)運動軌跡；這種基于環(huán)境色彩特征的軌跡規(guī)劃方法，可以更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的航天環(huán)境，提高航天器運動的安全性和效率；采用運動狀態(tài)決策算法，結(jié)合狀態(tài)估計、預(yù)測模型和變結(jié)構(gòu)補償方法，實現(xiàn)了對航天器運動裝置的實時精確控制；通過記錄運動過程數(shù)據(jù)和環(huán)境色彩變化數(shù)據(jù)，形成交互式反饋數(shù)據(jù)集，為后續(xù)航天器運動控制策略的優(yōu)化和改進提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持。