(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111309798.4 (22)申请日 2021.11.07 (71)申请人 天津理工大 学 地址 300384 天津市西青区 宾水西道391号 (72)发明人 潘飞　赵连玉　王成林　 (74)专利代理 机构 天津市北洋 有限责任专利代 理事务所 12 201 代理人 张金亭 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06K 9/62(2022.01) (54)发明名称 一种在轨加注操作技能训练虚拟仿真方法 及系统 (57)摘要 本发明公开了一种在轨加注操作技能训练 虚拟仿真方法， 包括以下步骤： 步骤1， 搭建与真 实物理加注环境相同的仿真环境； 步骤2， 下达在 轨加注训练任务； 步骤3， 通过系统仿真的操作界 面进行相关操作训练； 步骤4， 构建效能评估网 络， 评估步骤3输出模型的有效性， 并输出最佳训 练模型； 将所有操作技能最佳训练模 型进行有序 叠加， 然后进行参数拟合优化， 引入激励函数， 构 建整个在轨加注任务模型， 并进行训练验证和评 估， 直至任务模型参数收敛， 输出任务模 型； 将输 出的任务模型， 通过虚实迁移的方法， 迁移到在 轨加注试验平台进行试验， 如果试验结果合格， 输出最佳的任务训练模型， 如果试验不合格， 返 回步骤2。 本发明能够直接用于实际任务的实施。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114036835 A 2022.02.11 CN 114036835 A 1.一种在轨加注操作技能训练虚拟仿真方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 搭建与真实物理加注环境相同的仿真环境， 模拟在轨加注 的轨道参数、 服务星 和目标星信息以及空间自然环境信息， 通过服务星采集目标星信息以及目标星与它的交互 数据， 服务星用于采集加注 环境和目标星的行为数据； 步骤2， 根据仿真环境模拟信息和采集的数据， 分析当前训练任务需求， 进行任务规划， 发布指挥命令， 根据指挥指令， 下达在轨加注训练任务； 步骤3， 通过系统仿真的操作界面进行相关操作训练， 将在轨加注任务按照工序分解成 可操作的多个操作环节， 构建有序操作训练网络， 针对不同的操作环节建立相 应的操作技 能训练模型， 并分别采用强化学习 方法进行操作技能训练； 训练时， 根据接到的指令， 制 定 相应的操作命令， 每项训练按照态势感知、 指挥决策、 任务训练和效果评估的顺序进行， 采 用步骤1中服务星采集的数据， 系统根据具体操作技能训练， 调用环境、 选取工具和推理规 则集， 根据技能要求 从工具箱中选定n种工具， 当n为 1时， 系统进 行的是单装备操作训练； 当 n大于1时， 系统进 行的是多种装备操作训练； 系统模拟 推演各类在轨加注操作技能训练， 直 至每一个操作技能训练模型的参数收敛后输出模型和模拟推演结果； 步骤4， 构建效能评估网络， 根据步骤3的模拟推演结果， 分析对比操作技能训练前后在 轨加注装备消耗、 目标状态改变以及整体空间环境态势的变化， 根据评估模型， 评估步骤3 输出模型的有效性， 并输出最佳训练模 型； 将所有操作技能最佳训练模型进行有序叠加， 然 后进行参数拟合优化， 引入激励函数， 构建整个在轨加注任务模型， 并进行训练验证和评 估， 直至任务模 型参数收敛， 输出任务模 型； 将输出的任务模 型， 通过虚实迁移的方法， 迁移 到在轨加注试验平台进行试验， 如果试验结果合格， 输出最佳的任务训练模型， 任务结束； 如果试验不合格， 输出不合格的操作环节， 并返回步骤2中， 针对不合格环节， 重新进 行任务 规划并训练， 直至试验结果 合格， 输出最终整体任务训练模型， 任务结束。 2.一种采用权利要求1所述方法的在轨加 注操作技 能训练虚拟仿真系统， 其特征在于， 包括空间目标与环境虚拟仿真分系统、 服务星虚拟仿真分系统、 操作技能训练管理与评估 分系统和导控与效能评估分系统。 3.一种根据权利要求2所述的在轨加 注操作技 能训练虚拟仿真系统， 其特征在于， 所述 服务星虚拟仿 真分系统包括末端工具箱、 推进剂 输送系统、 灵巧机械手臂和自主、 实时相对 导航系统。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114036835 A 2一种在轨加注操作技能训练虚拟仿真方 法及系统 技术领域 [0001]本发明属于空间技术领域， 特别是一种在轨加注操作技能训练虚拟仿真方法及系 统。 背景技术 [0002]随着在轨服务需求多而高的发展， 在轨燃料加注服务成为了一个重要的发展方 向， 是带动其他在轨服务技术的先导和基础。 目前在轨加注操作任务直接实施的难度大、 成 本较高等问题， 凸显了在轨加注操作技能训练虚拟仿 真技术的重要价值。 面对干扰源多、 不 确定性大 的空间环境， 利用虚拟仿真技术进行在轨加注具有更强的灵活性和鲁棒性， 可以 很好地利用现有的新技术模拟训练自主加注任务， 多方面的试错和探索新技术， 从而得到 一个最优的模型训练结果和任务实施方案。 目前， 针对在轨加注操作技能虚拟仿 真系统， 还 没有针对每一个操作技能独立训练并评估结果， 具有虚实迁移功 能、 且完整成熟 的训练评 估仿真系统来进行在轨加注任务。 并且， 每个验证项目基本均 依赖于空间站进 行。 若单独而 分散的进 行会极大地消耗时间且需要占用多次空间站资源， 因此亟需一套完整且高效的在 轨加注操作技能训练虚拟仿真系统及方法。 发明内容 [0003]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种在轨加注操作技能训练虚 拟仿真方法及系统， 相比于人工干预和针对整个任务状态评判， 提升了自主性与鲁棒性， 同 时， 该系统具有很强的虚实迁移 能力， 虚拟仿真训练模型结果能够直接用于实际任务的实 施。 [0004]本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的一个技术方案是： 一种在轨加 注操作技能训练虚拟仿真方法， 包括以下步骤： [0005]步骤1， 搭建与真实物理加注环境相同的仿真环境， 模拟在轨加注的轨道参数、 服 务星和目标星信息以及空间自然环境信息， 通过服务星采集目标星信息以及目标星与它的 交互数据， 服 务星用于采集加注 环境和目标星的行为数据； [0006]步骤2， 根据仿真环境模拟信息和采集的数据， 分析当前训练任务需求， 进行任务 规划， 发布指挥命令， 根据指挥指令， 下达在轨加注训练任务； [0007]步骤3， 通过系统仿真的操作界面进行相关操作训练， 将在轨加注任务按照工序分 解成可操作的多个操作环节， 构建有序操作训练网络， 针对不同的操作环节建立相应的操 作技能训练模型， 并分别采用强化学习 方法进行操作技能训练； 训练时， 根据接到的指令， 制定相应的操作命令， 每项训练按照态势感知、 指挥决策、 任务训练和效果评估的顺序进 行， 采用步骤1中服务星采集的数据， 系统根据具体操作技能训练， 调用环境、 选取工具和推 理规则集， 根据技能要求从工具箱中选定n种工具， 当n为1时， 系统进行的是单装备操作训 练； 当n大于1时， 系统进 行的是多种装备操作训练； 系统模拟 推演各类在轨加注操作技能训 练， 直至每一个操作技能训练模型的参数收敛后输出模型和模拟推演结果；说　明　书 1/4 页 3 CN 114036835 A 3