尊敬的各位院士，大家下午好，我汇报的题目是航天器自主运行技术，解决这个问题的基本思路是从数学方面基于系统能力进行表征、判定和量化，实现整个航天器的自主运行。
很多人可能认为，航天器距离地球很远，应该是早已实现了纯粹的自主运行。事实上，很多的近地卫星和航天器，主要是依靠地面站来进行运行方式的指导跟监控。21世纪初，我国大力发展月球探测，为了完成以月球探测为主的深空探测任务，对我们提出了发展航天器自主运行技术的需求。尤其是像“嫦娥”3号、4号、5号等要执行月球软着陆任务的航天器，必须要靠航天器自主运行才能够完成任务。
航天器自主运行涉及到的功能有很多方面，例如自主任务规划和自主制导控制、自主导航和自主诊断重构等。因为自主导航与自主诊断重构这两个方面是我们迫切需要补齐的短板，所以我们集中精力开展了研究，今天的汇报中也选取了这两个功能。
一般情况下，这两类技术问题的研究思路是从它们各自的算法入手，分别是导航滤波算法和诊断重构算法。然而算法本身是非常复杂的，其演变也愈发复杂。
或许从功能系统上看可以满足相关的指标要求，但是它带来一个非常核心的问题——算法算力占用特别多，资源开销也特别大，这种资源负担与航天器研究中最痛苦的“先天不足”——资源受限发生了严重的矛盾。因此很多漂亮的算法在实际应用时，与我们要实现的自主导航、自主诊断重构中的“自主”产生了根本矛盾。这也说明了，航天器这类对象，真正实现万事自主确实有一些问题。
相对于地面来说，航天器上搭载的各项能力特别弱，比如在导航方面，地面有大型天线，可以进行高精度的卫星轨道测定，还有巨型计算机，可以进行高精度的轨道动力学预报。
但如前所述，自主运行是深空探测任务所必需的，因此一定要实现。我们有一个发自灵魂的拷问：能不能把这么弱的能力从数学上衡量出来？如果我知道这个能力有多弱，与能实现自主的标准进行比较，是否可以把能力给它补齐到最低限度。
也就是说，要想让航天器实现自主选择、判断与决策，它本身必须有一定程度的能力。那么到底有多少能力才能实现这一目标，我们需要有合适的、客观的数学依据与标准。这样一来，就能够在一定程度上调和“航天器能力不足”与“自主运行需要一定的能力”之间的矛盾。为实现这一目标，我们需要把自主导航与自主诊断从理论方面进行重构与完善。
首先是自主导航方面。一般认为，航天器是欠观测的系统。
当然，学术界普遍认为任何系统都是欠观测的，但是航天器的欠观测状态跟别的系统有些不大一样。航天器要执行自主导航任务，要配备的敏感器包括三类：光学相机、激光雷达、微波雷达。看起来数据来源很多，种类也很丰富，但是要执行相关的一些自主导航任务时，比如“嫦娥号”月球软着陆任务，既没有先验的信息，也没有足够的计算能力。有效敏感器少，有效数据量少，可处理信息少，是航天器欠观测的主要状态。
对系统的观测能力的标准、判定、量化的理论是有的。现代控制理论的创始人、美国的卡尔曼教授在《现代控制理论》这本书里面有严密的理论推导，对于线性定常系统，可以通过构建可观测性矩阵、通过判定矩阵的秩的条件来量化线性系统是否具有观测能力、观测能力多大。
我们知道，航天器不易维修、资源受限，在这一背景下，我们想办法把观测、诊断与重构的能力从航天器上量化出来。
不同于自主导航的动力学模型，可诊断、可重构能力的模型构建非常困难，一度遇到很大的问题。我们用到了两个数学假设，首先，航天器的资源包络是有界的，这很容易理解；其次，航天器的故障集合是有界的。因为，虽然航天器经过几十年的发展变得精细了很多，但是其主要的功能与系统没有太大变化。通过我们的统计，航天器控制系统主要的控制模式约有130种到140种。在这两个数学假设基础之上，我们把相关的理论进行了重新的梳理。
总之，我们的地球轨道卫星基本上实现了自动化，在深空探测任务的推动之下，我们大概用了25年到20年的时间在支撑自主导航跟自主诊断重构的可观测性理论和可诊断性、可重性理论方面，做了瞄准应用的具体技术创新工作。之后，又有一些实验室平台和第三项目作为牵引，让我们把技术背后的一些机理和技术理论的问题做了适当的总结。
最后谢谢各位领导和专家，我代表课题组的汇报到此结束。谢谢大家。