王瓊 賈陽 陶灼 吉龍 王昊予 趙蕾

(1 探月與航天工程中心, 北京 100037) (2 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部, 北京 100094)

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火星移動智能體技術(shù)探討

王瓊1,2賈陽2陶灼2吉龍2王昊予2趙蕾2

(1 探月與航天工程中心, 北京 100037) (2 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部, 北京 100094)

在火星表面巡視探測任務(wù)中，環(huán)境的復(fù)雜性、火地之間遙遠(yuǎn)的距離和探測器的安全性要求，決定了火星車必須具有較強(qiáng)的自主能力，自主實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、科學(xué)探測、故障診斷等功能。移動智能體技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為上述功能的更好實(shí)現(xiàn)提供了可能。文章通過對火星車自主能力的發(fā)展歷程進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合當(dāng)前我國巡視器技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，從任務(wù)規(guī)劃、能源管理、熱控管理、通信管理等方面對火星移動智能體技術(shù)的應(yīng)用需求進(jìn)行了分析，提出了一種采用三層遞階式體系結(jié)構(gòu)的解決方案框架，可為火星乃至其他地外天體移動智能體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)提供參考。

人工智能；移動智能體；火星車；火星環(huán)境；自主

1 引言

火星是太陽系內(nèi)與地球最為相似的星球，曾經(jīng)存在過乃至仍然可能存在液態(tài)水[1]，并且可能存在過生命。這些重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科學(xué)問題，使得火星成為相當(dāng)長時間內(nèi)人類深空探測的持續(xù)熱點(diǎn)區(qū)域。世界主要航天國家和組織紛紛制定了規(guī)模宏偉、形式多樣的火星探測計(jì)劃。利用火星車(巡視器)進(jìn)行火星表面巡視探測，能夠克服著陸誤差的影響，接近所關(guān)注目標(biāo)進(jìn)行近距離探測，拓展了探測范圍，提高了探測精度，豐富了探測手段，已經(jīng)成為繼環(huán)繞遙感、著陸探測之后火星探測的主要手段。

火星表面的塵暴、低氣壓和低溫環(huán)境，是火星車必須克服的問題[2]。地火之間距離遙遠(yuǎn)，通信時延長達(dá)幾十分鐘，加上星體遮擋的影響，使得通信窗口受限，火星車遙操作效率很低。一旦火星車遇到危險狀況，地面操作人員無法及時獲悉，而當(dāng)火星車收到地面發(fā)出的處置命令時可能已經(jīng)失控。這種依靠地面進(jìn)行天地大回路控制決策的工作方式效率十分低下，難以滿足火星巡視探測任務(wù)需求。因此，火星車必須變得更加智能，自主感知危險、迅速決策并執(zhí)行恰當(dāng)?shù)膽?yīng)對措施，及時化解風(fēng)險。

從1955年正式提出人工智能概念[3]算起，近60年來，人工智能技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，已經(jīng)發(fā)展成為一門應(yīng)用廣泛的交叉和前沿學(xué)科?，F(xiàn)在的人工智能系統(tǒng)也已經(jīng)變得十分“聰明”，例如，2011年2月，IBM公司的超級計(jì)算機(jī)“沃森”在電視智力競賽節(jié)目中戰(zhàn)勝兩名最優(yōu)秀的人類冠軍對手；谷歌公司研制的自動駕駛汽車已經(jīng)上路行駛逾百萬千米，尚未發(fā)生任何事故。1986年，Marvin Minsky教授在《Society of Mind》一書中提出了“智能體”[4]的概念。所謂智能體，是指通過感知手段獲得所處環(huán)境的信息并通過執(zhí)行器完成行為或行為序列，進(jìn)而對環(huán)境產(chǎn)生作用，實(shí)現(xiàn)任務(wù)級目標(biāo)的計(jì)算實(shí)體，包括移動智能體、非移動智能體、軟件智能體等[5]。其中移動智能體技術(shù)是在自動導(dǎo)引車、地面機(jī)器人、無人作戰(zhàn)平臺、地外天體巡視器的自主導(dǎo)航控制技術(shù)發(fā)展過程中逐漸形成的。

將人工智能領(lǐng)域中的移動智能體技術(shù)應(yīng)用到火星車上，能夠提高火星車的自主能力，保證火星車安全高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，降低地面團(tuán)隊(duì)工作強(qiáng)度，擴(kuò)大科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)出量，具有重大意義。

本文對火星車的自主能力需求進(jìn)行分析，包括自主任務(wù)規(guī)劃、自主能源管理、自主熱控管理、自主通信管理等方面，提出了采用移動智能體技術(shù)滿足火星車任務(wù)需求的技術(shù)方案框架。

2 火星車自主能力的發(fā)展歷程

迄今為止，成功抵達(dá)火星表面并開展巡視探測的火星車共有4輛，均為美國研制。

1)索杰納號

火星探路者(Pathfinder)任務(wù)使用的索杰納號(Sojourner)火星車，于1996年12月發(fā)射，控制模式采用遙控方式[6]。地球和火星之間的時延使得地面人員不能實(shí)時控制索杰納號?；鹦擒囃ㄟ^著陸器與地面進(jìn)行周期性的通信, 火星車僅執(zhí)行簡單的命令序列。著陸器與地球之間的通信每天進(jìn)行兩次，每次2 h，火星車遙測分析是由地面火星車控制工作站完成的，當(dāng)火星車每天工作結(jié)束時，地面科學(xué)家小組利用火星車和著陸器拍攝的圖像，指定火星車下一步運(yùn)動的目標(biāo)位置及移動路徑。索杰納號有限的自主能力主要體現(xiàn)在自主地形穿越、突發(fā)事件處理和資源管理三個方面。

2)勇氣號和機(jī)遇號

火星探測巡視器(Mars Exploration Rover, MER)任務(wù)中使用的火星車勇氣號(Spirit，2003年6月發(fā)射)和機(jī)遇號(Opportunity，2003年7月發(fā)射)，主要工作模式是自主導(dǎo)航加遙操作[7]。具體來說，MER的任務(wù)執(zhí)行模式是以每個火星日為周期來開展的，早晨發(fā)送的命令序列基于前一天傳回的圖像和數(shù)據(jù)，由地面遙操作科學(xué)家小組處理，專門用于當(dāng)天火星日的活動?；顒咏Y(jié)束后，火星車將獲得的圖像和數(shù)據(jù)傳回地面。每個火星日的活動時間大約為4 h，一般集中在中午時分。MER的自主性解決了數(shù)小時的無人監(jiān)測、復(fù)雜地形的運(yùn)動控制等難題。

3)好奇心號

火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(Mars Science Laboratory, MSL)任務(wù)中使用的火星車好奇心號(Curiosity，2011年11月發(fā)射)，主要工作模式是長距離自主導(dǎo)航加遙操作[8]，且器上有強(qiáng)大的在軌軟件維護(hù)能力，可以實(shí)現(xiàn)使其工作模式由飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換到火星工作狀態(tài)。好奇心號在火星行走時所進(jìn)行的高效路徑規(guī)劃決策，以及在采樣過程中對機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)控制，均由器上自主完成。

從三代火星車的技術(shù)發(fā)展歷程看，隨著運(yùn)載能力的提高和進(jìn)入、下降與著陸(Entry, Descent and Landing, EDL)技術(shù)的創(chuàng)新，火星車已經(jīng)從小型(10 kg級)發(fā)展到中型(100 kg級)，并進(jìn)一步向大型(1000 kg級)火星車發(fā)展。隨著敏感器、車載計(jì)算機(jī)和導(dǎo)航控制算法的發(fā)展，火星車的自主能力越來越強(qiáng)，從只能完成簡單的任務(wù)，發(fā)展到可以完成比較復(fù)雜的科學(xué)探測任務(wù)，所需人工干預(yù)越來越少，效率則越來越高，已經(jīng)從遙控型，逐漸發(fā)展到遙操作型、智能體型火星車。圖1表示已成功發(fā)射的月球車、火星車的自主技術(shù)發(fā)展歷程?？梢灶A(yù)見，未來的火星車將具有更強(qiáng)的探測能力、更快的移動速度、更好的地形適應(yīng)能力以及更強(qiáng)的自主能力。

圖1 巡視器的自主能力發(fā)展Fig.1 Development of rover autonomous capability

3 火星移動智能體技術(shù)需求分析

火星移動智能體(即智能火星車，以下部分場合簡稱“火星車”)既是一種具有高度智能化的巡視器，也是一種運(yùn)行在火星表面特殊環(huán)境中的移動機(jī)器人，還是一種結(jié)合了軟件和硬件的移動智能體。如圖2所示，火星移動智能體是巡視器技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、智能體技術(shù)集成發(fā)展的結(jié)果。結(jié)合這三者的特點(diǎn)，火星移動智能體應(yīng)當(dāng)具有移動性、適應(yīng)性、自主性、主動性、社會性、進(jìn)化性等6個基本特性[9-10]。

圖2 火星移動智能體與巡視器、智能體、機(jī)器人的關(guān)系Fig.2 Relationship among Mars intelligent mobile agent, rover, agent and robot

基于對火星表面巡視探測任務(wù)的認(rèn)識和當(dāng)前我國巡視器技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，梳理出火星移動智能體技術(shù)需求如下。

3.1 任務(wù)規(guī)劃

火星移動智能體的任務(wù)規(guī)劃，需在滿足火星表面地形和環(huán)境、星歷、火星車工作能力和分系統(tǒng)自主控制需求等一系列約束的前提下，合理高效地規(guī)劃出火星車從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換到目標(biāo)狀態(tài)的行駛路徑點(diǎn)和行為序列，保證其安全有效地完成各種工程任務(wù)和科學(xué)探測活動[11]?；鹦擒嚑顟B(tài)可包括位置、能源狀況、溫度水平、通信條件及其他資源占用情況，狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換是通過行為來實(shí)現(xiàn)的，包括感知、行駛、充電、科學(xué)探測、數(shù)據(jù)傳輸、休眠等。任務(wù)規(guī)劃既需要規(guī)劃路徑，又需要調(diào)度安排行為。行為與路徑是高度耦合的。路徑的選擇直接影響了沿路徑安排的行為內(nèi)容和時序，而行為的安排也會影響路徑的選擇[10]。

行為規(guī)劃應(yīng)允許并行行為，比如火星車在行駛的同時，太陽翼對日定向進(jìn)行充電，定向天線對軌道器定向進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。路徑規(guī)劃通常需深入分析火星地形的可通過性和適宜度，并且融合獲得全局通過性。

3.2 自主能源管理

火星移動智能體的自主能源管理功能主要包括：

1)能量平衡估計(jì)

火星移動智能體根據(jù)任務(wù)計(jì)劃和系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)(蓄電池組放電深度等)，結(jié)合星歷預(yù)估一段時間內(nèi)(通常為24 h)火星車的電能收支平衡情況。在這個過程中，如果能源一直處于安全狀態(tài)，則無需采取措施；否則需要縮短大功率設(shè)備的工作時間來降低電能消耗，或者將大功率設(shè)備調(diào)整到電能充裕時工作來實(shí)現(xiàn)收支匹配，或者調(diào)整太陽翼指向以擴(kuò)大電能輸入。

2)太陽翼指向的一維調(diào)節(jié)

在不調(diào)整火星車航向的情況下，一維調(diào)節(jié)太陽翼指向，以獲得盡可能大的發(fā)電功率。這種調(diào)節(jié)的效果與航向相關(guān)，當(dāng)航向?yàn)檎龞|或正西時，正午時獲得的峰值電能最大，但從一個火星日的綜合效果來看，調(diào)節(jié)所帶來的收獲較??；當(dāng)航向?yàn)檎匣蛘睍r，整個火星日內(nèi)的綜合收獲較大。

根據(jù)星歷、火星車所在位置經(jīng)緯度、車體姿態(tài)等參數(shù)，計(jì)算出太陽翼最佳指向，并進(jìn)行調(diào)節(jié)。若制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制(GNC)分系統(tǒng)提供的姿態(tài)參數(shù)不可信，還可以采用太陽掃描法，在允許的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動太陽翼，尋找太陽翼發(fā)電電流最大的最佳指向。

隨著太陽的運(yùn)動，太陽翼最佳指向?qū)l(fā)生變化，需要及時更新最佳指向數(shù)據(jù)。這些計(jì)算可以在火星車上完成，也可以由地面或軌道器計(jì)算完成，并將轉(zhuǎn)動角度隨時間的變化關(guān)系序列傳送給火星車。也可以利用太陽翼發(fā)電電流進(jìn)行反饋環(huán)路控制，保持太陽跟蹤狀態(tài)。

3)太陽翼指向的二維調(diào)節(jié)

在太陽翼輸出功率由于火星塵沉積等原因出現(xiàn)大幅度下降的情況下，為了最大程度地獲得電能，需要實(shí)現(xiàn)太陽翼指向的二維調(diào)節(jié)。但是在火星車上配置太陽翼二維轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，代價太大，因此一般是通過調(diào)整車體航向加上太陽翼一維轉(zhuǎn)動的方式來實(shí)現(xiàn)二維調(diào)節(jié)。但這樣會對車體航向產(chǎn)生限制，導(dǎo)致工作效率降低。特殊情況下，可以通過分別在兩個正交的航向上轉(zhuǎn)動太陽翼進(jìn)行太陽翼發(fā)電電流掃描，實(shí)現(xiàn)航向角的粗略確定。

4)系統(tǒng)低功耗模式

為了確保能源安全，當(dāng)蓄電池放電深度大于某閾值(如60%)時，系統(tǒng)進(jìn)入最小工作模式，只有中心計(jì)算機(jī)、測控應(yīng)答機(jī)等少量設(shè)備工作，保持可以接收地面指令的狀態(tài)，其它設(shè)備均關(guān)機(jī)。

5)系統(tǒng)休眠

在長時間塵暴等極特殊情況下，火星車的能源狀況進(jìn)一步惡化(如蓄電池放電深度大于80%)，且預(yù)期在短時間內(nèi)無法得到改善，則全系統(tǒng)斷電，進(jìn)入休眠模式。直到光照條件得到改善，太陽翼發(fā)電功率超過某閾值，系統(tǒng)自主喚醒，進(jìn)入充電模式。

6)電源系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型自學(xué)習(xí)

太陽翼輸出功率將隨著火星塵沉積而變化，火星移動智能體可以建立能源預(yù)估模型，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行過程中太陽翼輸出功率的衰減情況進(jìn)行自學(xué)習(xí)，提高能源平衡估計(jì)的準(zhǔn)確性。

3.3 自主熱控管理

加熱回路控制是航天器普遍具備的功能。通常設(shè)置高溫和低溫2個溫度閾值，如果傳感器溫度測量結(jié)果低于低溫閾值，則啟動加熱回路；如果高于高溫閾值，則斷開加熱回路；處于兩者之間時，維持當(dāng)前狀態(tài)不變。從可靠性角度考慮，加熱回路通常設(shè)計(jì)有備份，可以在確認(rèn)主份故障的情況下再使用備份，也可以通過設(shè)置合適的溫度閾值的辦法，在主份無法達(dá)到控制效果的時候，備份自主參與工作。

除此之外，火星移動智能體需實(shí)現(xiàn)的熱控管理功能包括：

1)服務(wù)熱控的航向調(diào)整

盡管中午時火星土壤溫度最高只有30 ℃，但如果火星車上大功率設(shè)備長時間工作，會產(chǎn)生設(shè)備溫度過高的問題。這種情況的應(yīng)對策略是，將車頭方向調(diào)整成東西方向，自主控制豎起陽面的太陽翼，形成遮陽傘，減少對車體的熱量輸入，創(chuàng)造有利于設(shè)備散熱的條件。

2)服務(wù)熱控的側(cè)傾角調(diào)整

若火星車配置了主動懸架，當(dāng)常規(guī)熱控手段無法滿足要求時，可以通過車體側(cè)傾角的調(diào)整，提高熱控制能力。在保持航向與陽光方向近似垂直的情況下，如果需要提高車體溫度，則調(diào)整側(cè)傾角使得車體向朝陽方向側(cè)傾，反之，向背陽方向側(cè)傾，有利于降溫。側(cè)傾角調(diào)整范圍在±10°之間。

在更極端的情況下，還可以通過車輪刨土的方式，建立局部地形，實(shí)現(xiàn)俯仰角、側(cè)傾角的調(diào)整，改善熱控條件[12]。通過這種方式的姿態(tài)角調(diào)整范圍通常在±3°之間。

3)服務(wù)熱控的工作模式調(diào)整

系統(tǒng)還可以通過任務(wù)規(guī)劃，調(diào)整后續(xù)的工作模式、行為序列，實(shí)現(xiàn)整器溫度水平的預(yù)先控制。當(dāng)車體溫度較低時，規(guī)劃后續(xù)工作模式為通信、感知、探測等大功率模式，提高溫度水平；反之，則規(guī)劃后續(xù)進(jìn)入小功率工作模式，并推遲大功率工作模式，降低溫度水平。這種調(diào)整方式層次更高、帶有預(yù)判性，能夠?qū)⒄鳒囟人娇刂频酶悠椒€(wěn)，因此也更加智能。

3.4 自主通信管理

火星移動智能體上通常設(shè)計(jì)了UHF頻段、X頻段的數(shù)傳鏈路。UHF頻段鏈路作為主用數(shù)傳鏈路，實(shí)現(xiàn)對軌道器的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)率適中，但傳輸距離有限，只有當(dāng)軌道器處于近火星弧段時才能通信。出于簡單方便考慮，UHF天線通常設(shè)計(jì)為固定天線，沒有自主指向控制需求。X頻段鏈路采用可轉(zhuǎn)動式定向天線，可以實(shí)現(xiàn)直接對地傳輸，但數(shù)據(jù)率太低，難以滿足常規(guī)數(shù)據(jù)傳輸需求，通常用于應(yīng)急狀態(tài)；也可以實(shí)現(xiàn)對軌道器的數(shù)傳，數(shù)據(jù)率相對較高，但天線存在指向控制需求，當(dāng)軌道器位于近火星弧段時，由于其方位角和高度角快速變化，對火星車定向天線提出了更高的指向控制要求。

1)碼速率自適應(yīng)

使用UHF頻段數(shù)傳時，由于通信距離的較大范圍變化，相應(yīng)地可以選用的碼速率擋位差別也很大。為了在有限的時間內(nèi)，盡可能傳輸更多的數(shù)據(jù)，需要根據(jù)鏈路裕度情況，實(shí)現(xiàn)碼速率的自適應(yīng)調(diào)整。

2)定向天線對地指向控制

對地指向的難點(diǎn)在于火星車定位精度較差的情況下，如何實(shí)現(xiàn)對地指向跟蹤。實(shí)現(xiàn)方案是在地球附近的天區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行螺旋掃描，掃描策略應(yīng)考慮到地球運(yùn)動軌跡，保證搜索范圍能夠覆蓋。

3)定向天線對軌道器的指向控制

軌道器處于遠(yuǎn)火星弧段時，視運(yùn)動角速度比較小，火星車定向天線對軌道器的指向控制策略可與對地指向控制策略相同。軌道器處于近火星弧段時，視運(yùn)動角速度較大，火星車定向天線可以采用正交搜索策略，自主實(shí)現(xiàn)對軌道器軌跡的鋸齒狀跟蹤。

4 實(shí)現(xiàn)方案框架

圖3給出了火星移動智能體的實(shí)現(xiàn)方案框架。整個框架采用分層遞階式體系結(jié)構(gòu)，自上而下分為智能規(guī)劃層、導(dǎo)航控制層、驅(qū)動層三個層次。

(1)智能規(guī)劃層主要是綜合能源、熱控、數(shù)據(jù)管理、通信、科學(xué)探測等方面的控制需求，通過任務(wù)規(guī)劃頂層規(guī)劃出火星移動智能體的目標(biāo)點(diǎn)序列、行為序列和工作模式。其中，任務(wù)規(guī)劃包括智能體能力描述模型、約束條件描述模型、搜索算法等模塊，自主能源管理包括電量計(jì)、太陽翼輸出功率分析自學(xué)習(xí)模型等模塊，自主熱控包括加熱器控制等模塊，自主科學(xué)探測包括科學(xué)儀器標(biāo)定、智能探測等模塊，自主數(shù)據(jù)管理包括星歷計(jì)算、智能遙測、數(shù)傳數(shù)據(jù)組織、智能壓縮算法、碼速率自適應(yīng)算法、安全監(jiān)測、故障診斷等模塊。

(2)導(dǎo)航控制層根據(jù)任務(wù)規(guī)劃結(jié)果，進(jìn)行環(huán)境感知、建模，姿態(tài)、位置確定以及更精細(xì)的路徑規(guī)劃，給出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制策略。其中，導(dǎo)航控制層包括姿態(tài)計(jì)算、位置確定、移動里程估計(jì)、滑移率估計(jì)、圖像三維恢復(fù)、可通過性分析、適宜度分析、全局通過性融合等模塊，環(huán)境感知包括太陽敏感器、慣性測量單元、導(dǎo)航相機(jī)、避障相機(jī)等敏感器，機(jī)構(gòu)智能控制包括太陽翼指向一維掃描、一維跟蹤和二維控制，桅桿轉(zhuǎn)動序列控制，定向天線掃描、跟蹤，機(jī)械臂控制，機(jī)構(gòu)運(yùn)動安全鎖等模塊。

驅(qū)動層根據(jù)導(dǎo)航控制層給出的控制策略，通過控制器和驅(qū)動器，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)指令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各項(xiàng)動作。其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括驅(qū)動輪、轉(zhuǎn)向輪、主動懸架、太陽翼機(jī)構(gòu)、桅桿機(jī)構(gòu)、定向天線機(jī)構(gòu)和機(jī)械臂等。

圖3 火星移動智能體方案框架Fig.3 Framework of Mars mobile agent scheme

三個層次自上而下逐步分解任務(wù)，上一層的計(jì)算結(jié)果作為下一層規(guī)劃的目標(biāo)，通過分層求解的方法分解復(fù)雜的火星移動智能體規(guī)劃和控制問題，完成從科學(xué)目標(biāo)到指令單元之間的映射。三個層次自下而上逐步反饋信息，執(zhí)行動作后的結(jié)果信息由下一層反饋到上一層，作為上一層的輸入或者約束。比如，驅(qū)動層執(zhí)行的動作將導(dǎo)致控制對象——火星移動智能體的狀態(tài)變化，并通過敏感器的感知反饋到導(dǎo)航控制層；而導(dǎo)航控制層計(jì)算出的姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)又將反饋到智能規(guī)劃層，作為任務(wù)規(guī)劃、能源管理、熱控管理、數(shù)據(jù)管理、通信管理、科學(xué)探測管理等模塊的輸入條件或者約束條件。

5 結(jié)束語

在火星車上采用移動智能體技術(shù)，自主實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、科學(xué)探測、故障診斷等功能，能夠提高火星車工作效率和安全性，擴(kuò)大科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)出量。從索杰納號、勇氣號和機(jī)遇號、好奇心號三代火星車的發(fā)展歷程看，火星車已經(jīng)從遙控型、遙操作型，逐漸發(fā)展到智能體型。基于對火星表面巡視探測任務(wù)的認(rèn)識和當(dāng)前我國巡視器技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，本文對火星移動智能體在任務(wù)規(guī)劃、能源、熱控、通信等方面的自主管理需求進(jìn)行了梳理，提出了采用三層遞階式體系結(jié)構(gòu)的火星移動智能體實(shí)現(xiàn)方案框架。三個層次分別為智能規(guī)劃層、導(dǎo)航控制層、驅(qū)動層，自上而下逐步分解任務(wù)，自下而上逐步反饋信息。但具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑仍需開展進(jìn)一步深入研究。未來小行星、彗星探測等更加遙遠(yuǎn)的任務(wù)中，在一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)探測器必須自主做出實(shí)時任務(wù)決策，智能體技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。

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(編輯：張小琳)

Discuss on Mars Mobile Agent Technologies

WANG Qiong1,2JIA Yang2TAO Zhuo2JI Long2WANG Haoyu2ZHAO Lei2

(1 Lunar Exploration and Space Engineering Center, Beijing 100037, China) (2 Beijing Institute of Spacecraft System Engineering, Beijing 100094, China)

In Martian surface roving exploration missions, because of environmental complexity, long distance between Mars and earth and safety requirement of the probe, Mars rover is required high autonomous capabilities including environment sensing, path planning, scientific exploration, fault diagnosis etc. The development and application of mobile agent technology provide a better implementation approach of these functions. In this paper, development process of autonomous capabilities of Mars rovers is firstly overviewed. By combining with the state of the art of rover technology in China, the application requirements of Mars mobile agent technologies in terms of path planning, energy management, thermal control and communication management are analyzed. A solution frame adopting three-layer hierarchical structure is proposed to serve as a reference for technological realization of the mobile agents on Mars and even other extraterrestrial celestial bodies.

artificial intelligence； mobile agent； Mars rover； Mars environment； autonomy

2015-06-17；

2015-07-05

國家重大科技專項(xiàng)工程

王瓊，男，碩士，高級工程師，從事月球與深空探測總體設(shè)計(jì)、星球巡視器任務(wù)規(guī)劃、深空測控通信技術(shù)等研究。Email:wangq2006@163.com。

V448.2

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2015.04.005