动力学与控制PDF电子书下载

第22部分 飞行力学 3

第212章 航空飞行器飞行力学、稳定性与操纵性简介 3

1 背景 3

2 六自由度 3

3 飞机稳定性 4

3.1 静稳定性 4

3.2 动稳定性 4

4 垂直／短距起降飞机的稳定性和操纵性 5

4.1 旋翼式垂直／短距起降（V／STOL）飞机 5

4.2 喷流式垂直／短距起降（V／STOL）飞机 6

5 结论 8

致谢 8

参考文献 8

第213章 固定翼飞机的起飞和着陆性能 10

1 引言 10

2 起飞 10

3 着陆 11

4 风的影响 12

5 几个重要的空速定义 12

6 发动机停车 13

7 起飞距离 13

8 着陆距离 14

9 跑道摩擦特性 14

10 海航飞机的发射 14

11 海航飞机的着舰 14

12 从倾斜跑道起飞（滑跃起飞）的好处 15

13 短距起降技术 16

14 起飞距离计算公式 16

14.1 地面滑跑 16

14.2 起飞空中距离（抬前轮到安全高度） 17

15 着陆距离计算公式 17

15.1 空中减速距离（从安全高度至接地） 17

15.2 地面滑跑距离 18

16 跑道坡度的影响 18

17 螺旋桨飞机 18

18 结论 18

术语 18

参考文献 19

第214章 固定翼飞机的爬升和下滑性能 20

1 引言 20

2 定义和符号 20

2.1 机体坐标系 20

2.2 迎角、航迹倾角和俯仰角 20

2.3 作用在飞机上的主要力 21

3 基本运动方程 21

3.1 飞机的曲线运动 21

3.2 爬升和下滑的一般方程 21

4 爬升性能 21

4.1 爬升类型 21

4.2 客机典型的爬升速度表 22

4.3 爬升角和爬升梯度 22

4.4 涡喷／涡扇发动机飞机的最佳爬升角 23

4.5 活塞螺旋桨发动机飞机的最佳爬升角 23

4.6 爬升率 24

4.7 涡喷／涡扇飞机的最佳爬升率 25

4.8 活塞螺旋桨飞机的最佳爬升率 25

4.9 爬升时间 26

4.10 风对爬升性能的影响 26

5 升限（最大高度） 26

5.1 绝对升限 26

5.2 实用升限 27

5.3 单发停车时的使用升限 27

6 下滑飞行性能 27

6.1 下滑角和下滑梯度 27

6.2 下滑率 27

7 总结 28

术语 28

参考文献 29

第215章 固定翼运输机的机动性能 30

1 引言 30

2 过载系数、升力、阻力和需用推力 30

2.1 过载系数 30

2.2 升力 30

2.3 阻力 31

2.4 升阻比 31

2.5 需用推力 32

3 转弯性能 32

3.1 引言 32

3.2 水平协调转弯过程中的滚转角 32

3.3 水平协调转弯时的转弯速率 33

3.4 水平协调转弯的转弯半径 33

3.5 持续水平转弯 33

3.6 瞬时转弯 34

4 俯仰机动 34

5 气动失速 34

5.1 气动失速简介 34

5.2 影响失速速度的因素 35

5.3 高速抖振 35

5.4 基准失速速度 36

6 飞机设计限制 36

6.1 结构的完整性 36

6.2 υ-n图 37

7 总结 38

术语 38

参考文献 39

第216章 固定翼战斗机的机动性能 40

1 引言 40

2 能量法 40

2.1 能量高度he 40

2.2 单位剩余功率Ps 40

2.3 最大能量上升轨迹 41

2.4 最大爬升率上升与最大能量上升 41

3 爬升性能 42

3.1 大角度爬升 42

3.2 加速爬升 42

4 转弯性能 42

4.1 考虑单位剩余功率的转弯性能 43

4.2 上升转弯 43

5 性能指标 44

5.1 单位剩余功率图 45

5.2 动态速度转弯图 45

5.3 空战周期时间 45

5.4 指向裕度 46

5.5 Kutschera指标 46

6 新技术 47

6.1 放宽静稳定性 47

6.2 鸭翼构型 48

6.3 推力矢量 48

6.4 推力矢量对水平转弯的影响 48

7 结论 49

致谢 49

术语 49

参考文献 49

第217章 固定翼飞机的巡航性能 51

1 引言 51

2 动力装置的定义和符号 51

2.1 净燃油流量 51

2.2 燃油消耗率 51

2.3 螺旋桨的效率 52

3 喷气式飞机的航程（额定推力发动机） 52

3.1 大气航程 52

3.2 基本航程方程 52

3.3 航程评估方程 53

3.4 飞行方案1：h和CL为常数 53

3.5 飞行方案2：υ和CL为常数 54

3.6 飞行方案3：h和υ为常数 54

3.7 喷气式飞机航程最大的飞行条件 55

4 具有额定功率发动机的飞机航程 56

4.1 基本航程方程 56

4.2 飞行方案1和2：CL为常数 56

4.3 飞行方案3：h和υ为常数 56

5 喷气式飞机的航时（额定推力发动机） 57

5.1 基本航时方程 57

5.2 航时方程计算 57

5.3 飞行方案1和2：CL为常数 57

5.4 飞行方案3：h和υ为常数 57

5.5 最大航时飞行条件 57

5.6 待机 58

6 额定功率发动机飞机的航时 58

6.1 基本航时方程 58

6.2 飞行方案1：h和CL为常数 58

6.3 飞行方案2：υ和CL为常数 58

6.4 飞行方案3：h和υ为常数 58

6.5 最大航时的飞行条件 59

7 商载航程和航程燃油（喷气式飞机） 59

7.1 商载航程 59

7.2 给定巡航距离所需燃油 59

7.3 航程燃油估计（空中近似） 59

8 总结 60

术语 60

参考文献 61

第218章 旋翼飞行力学 62

1 需用功率随前飞速度的变化 62

2 爬升 64

3 最大航程和航时 64

4 自转 65

5 垂直飞行的流态和影响涡环状态的因素 67

6 地面效应 68

7 旋翼／尾桨干扰 69

8 总结 69

术语 69

相关章节 70

参考文献 70

第219章 纵向静稳定性 71

1 引言 71

2 机翼的俯仰力矩方程 71

3 平均空气动力弦和重心 72

4 飞机的俯仰力矩方程 72

5 握杆纵向配平 73

6 松杆时的纵向配平 73

7 握杆静稳定 74

8 松杆静稳定性 74

9 配平阻力 75

10 拉起机动 75

握杆机动裕度 75

11 一般性考虑 76

术语 76

译者注 77

参考文献 77

延伸阅读 77

第220章 横向静稳定性 78

1 引言 78

2 飞机的构型和横向操纵系统 78

3 横向稳定性术语 79

4 坡度转弯 79

5 空中最小操纵速度 79

6 飞机在直线飞行中的滚转 80

7 滚转稳定性 81

8 偏航稳定性 82

9 结论 82

术语 82

参考文献 83

延伸阅读 83

第221章 纵向动稳定性 84

1 引言 84

2 拉普拉斯形式的纵向运动线化方程 84

3 纵向运动模态的三自由度分析方法 85

4 两自由度的短周期近似方法 86

5 两自由度长周期近似方法 87

6 总结／展望 89

参考文献 90

延伸阅读 90

第222章 固定翼飞机的横、航向动稳定性 91

1 引言 91

2 基本方程的建立 91

3 运动方程组的线化 93

4 运动模态 96

5 螺旋模态 96

6 滚转收敛模态 97

7 荷兰滚模态 98

8 非线性效应 100

9 结论 101

术语 101

注脚 102

译者注 102

参考文献 102

第223章 旋翼飞行器的静稳定性 103

1 引言 103

2 术语 103

2.1 配平 103

2.2 稳定性和操纵性 104

3 静稳定性分区 104

4 旋翼系统 105

5 稳定性和操纵导数 106

6 前飞时的静稳定性和机动稳定性 106

6.1 纵向静稳定性 107

6.2 机动稳定性 107

6.3 横、航向静稳定性 107

7 悬停和低速飞行的静稳定性 108

8 静稳定性的测试 108

8.1 纵向静稳定性试验 109

8.2 机动稳定性试验 109

9 非常规布局 109

10 结论 110

术语 110

致谢 111

相关章节 111

参考文献 111

第224章 旋翼飞行器的动稳定性 112

1 引言 112

2 直升机部件、气动导数和工程参数 112

2.1 直升机部件 112

2.2 气动导数 113

2.3 工程参数 114

3 纵向动稳定性——低速／悬停和操纵响应和动稳定性——前飞状态 114

3.1 纵向操纵响应 114

3.2 纵向动稳定性 115

4 横、航向动稳定性——低速和操纵响应和动稳定性——悬停与前飞状态 116

4.1 横、航向操纵响应 116

4.2 横、航向动稳定性 117

5 飞行试验技术 118

5.1 滚转操纵响应 118

5.2 螺旋模态 118

5.3 纵向动稳定性模态 119

5.4 交叉耦合特性 119

6 非常规构型 119

7 结论 120

术语 120

致谢 121

相关章节 121

参考文献 121

第225章 固定翼飞行器的操纵和飞行品质 122

1 飞行器的操纵 122

2 飞行器飞行品质简介和历史背景 122

3 飞行员操纵——库珀哈珀驾驶员评价尺度 123

4 模态特性和飞行器的飞行品质 124

5 模态特性的改善——增稳和控制增稳系统 125

6 回到源头——驾驶员的数学模型 127

7 飞行品质和无人驾驶飞行器（UAVs） 129

8 总结 129

术语 129

译者注 130

参考文献 130

第226章 旋翼飞行器的操纵和驾驶品质 131

1 常规构型旋翼飞行器的操纵 131

1.1 简介 131

1.2 旋翼操纵 131

1.3 无铰旋翼 134

1.4 桨毂设计 134

2 驾驶品质 135

2.1 纵向运动 135

2.2 横、航向运动 135

2.3 驾驶品质要求 136

3 结论 137

术语与符号 138

注解 138

相关章节 138

参考文献 138

第227章 制导武器的稳定性及控制 139

1 引言 139

2 配平 139

3 稳定性 140

3.1 静稳定性 140

3.2 动稳定性 141

3.3 稳定导数 142

4 气动布局 144

4.1 简介 144

4.2 滚转稳定弹 144

4.3 滚转弹 144

4.4 非滚转弹 144

4.5 侧滑转弯和倾侧转弯对比 144

5 控制 144

5.1 简介 144

5.2 尾翼控制 145

5.3 主翼控制 145

5.4 鸭翼控制 145

5.5 格栅翼 145

5.6 导弹对控制舵面偏转的响应 146

5.7 气动干扰 147

6 结论 148

延伸阅读 149

第228章 飞机导航 150

1 引言 150

1.1 导航 150

1.2 参考系 150

1.3 飞机导航的历史和概念 151

1.4 导航系统、仪器和设备的要求 152

2 陆基辅助导航设备 152

2.1 简介 152

2.2 仪表着陆导航系统（ILS） 152

2.3 ILS的种类 153

2.4 微波着陆导航系统（MLS） 153

2.5 应答机着陆系统（TLS） 153

2.6 卫星增强系统 153

2.7 雷达 154

2.8 无方向性信标（NDB） 154

2.9 甚高频全向无线电信标（VOR） 154

2.10 战术空中导航系统（塔康导航系统，TACAN） 154

2.11 测距装置（DME） 154

2.12 远程导航LORAN系统 154

3 惯性导航 155

3.1 惯性导航理论 155

3.2 坐标系 155

3.3 加速度计 156

3.4 陀螺仪 156

3.5 MEMS传感器 156

4 卫星导航 157

4.1 卫星导航系统 157

4.2 原理 158

4.3 误差、可用性和精度 158

4.4 增强系统的完好性和精度 159

5 结论 159

参考文献 159

第229章 制导武器与无人机的导航与路径规划 161

1 导弹和无人机的GPS和INS问题 161

1.1 全球定位系统（GPS） 161

1.2 惯性导航系统（INS） 162

1.3 惯性导航算法 163

1.4 GPS／INS集成 164

2 地形剖面匹配系统（TERPROM）和地形匹配系统（TERCOM）的理论与实践 165

飞机和无人机路径规划 165

3 战术导弹制导策略 166

3.1 CLOS及其变种 166

3.2 比例导引（PN）指引 168

3.3 脱靶距离 168

4 结论 169

术语 170

参考文献 171

第23部分 飞行控制系统 175

第230章 控制工程基础 175

1 引言 175

2 数学模型 176

3 阶跃响应和频域响应 177

4 基本反馈回路 179

4.1 稳定性 180

4.2 回路分析方法 180

5 控制器设计 182

5.1 相位超前和滞后 182

5.2 PID控制 183

5.3 状态反馈 183

6 总结 183

参考文献 184

第231章 电传飞行控制系统 185

1 引言 185

2 空气动力与飞行控制 186

3 飞行包线和增益调整 187

4 系统硬件和实现 188

5 飞行控制系统的开发 189

6 飞行控制律的开发 190

7 驾驶模拟和飞机操纵 191

8 地面和飞行试验 191

9 欧洲“台风”战斗机的飞行控制系统 192

10 电传飞行控制的优点 193

11 未来的发展 194

致谢 194

相关章节 194

参考文献 195

第232章 自适应鲁棒飞行控制 196

1 引言 196

2 纵向线性动力学和基本控制 197

LQR提供的稳定裕度 198

3 模型参考自适应控制 198

4 非线性仿真分析 200

5 评述 201

6 总结 201

参考文献 201

第233章 非线性飞行系统的自适应控制设计技术 202

1 引言 202

2 控制器设计 203

2.1 问题描述 203

2.2 获取未知函数和训练神经网络（保证X→Xa） 203

2.3 控制作用（确保Xα→Xd） 204

2.4 流程图 205

3 仿真研究 205

4 结论 209

术语 209

附录A 209

附录B 210

附录C 211

致谢 212

参考文献 212

第234章 非线性飞行控制系统 213

1 引言 213

2 反馈线性化 214

2.1 坐标变换的线性化 215

2.2 输入输出反馈线性化 215

2.3 输入输出伪线性化 216

3 滑模控制 218

4 反推控制 220

5 其他非线性方法 221

5.1 滚动时域控制 221

5.2 其他控制方法 222

6 总结 222

注： 222

参考文献 222

第235章 可重构的飞行控制 224

1 引言 224

2 容错控制方法 225

2.1 被动容错控制 225

2.2 主动容错控制 225

2.3 其他容错控制方法 228

3 结论 228

术语 229

相关章节 229

参考文献 229

第236章 飞行编队控制 231

1 引言 231

2 建模 231

3 控制策略 233

4 重构 237

5 传感器 239

6 实例 239

7 总结 240

参考文献 240

第237章 多机协同控制 242

1 引言 242

1.1 动机 242

1.2 协同控制结构 242

1.3 特性 242

2 协同团队的复杂性 243

2.1 任务耦合 244

2.2 不确定性 244

2.3 通信 244

2.4 不完整信息 244

3 任务分配举例 245

3.1 大范围军事搜索 245

3.2 需要完成的任务 245

3.3 任务定义 245

3.4 容量制约转运分配问题 246

3.5 权值计算 247

3.6 仿真结果 248

3.7 CTAP方法的功能和局限 249

4 结论 249

相关章节 249

参考文献 249

第238章 多飞行器的综合健康监测 251

1 引言 251

2 综合控制和故障检测 251

3 分布式故障检测 253

3.1 突发性故障检测 253

3.2 非突发性故障检测 255

4 非突发性故障检测的自动阈值选择 258

5 仿真与分析 259

致谢 260

参考文献 260

第239章 旋翼机飞行控制 262

1 引言 262

2 背景介绍 262

2.1 从操作的角度来分析 262

2.2 从系统的角度来分析 263

2.3 目标的相符性 264

2.4 飞行控制的方法 264

2.5 保持模态 265

2.6 转换控制 266

2.7 导航模态 266

3 总结 266

附注 266

相关章节 267

参考文献 267

第240章 制导武器的飞行控制 268

1 引言 268

2 导弹自动驾驶仪的作用 268

3 制导回路 270

4 控制策略 270

4.1 控制策略一：侧滑转弯 270

4.2 控制策略二：倾斜转弯 271

5 自动驾驶仪的进一步讨论 272

5.1 指令信号 272

5.2 输出测量 272

5.3 气动升力的产生 272

5.4 气动控制舵面 272

5.5 控制舵面位置的确定 273

5.6 作动器 275

5.7 扰动和参数变化 275

5.8 弹体运动（运动方程，模型） 275

5.9 自动驾驶仪设计（补偿作用） 278

6 小结 278

参考文献 278

第241章 静态障碍物的避障 279

1 引言 279

2 静态障碍物规避介绍 279

2.1 Voronoi图法 279

2.2 网格分解法 280

2.3 可见图法 280

2.4 势场法和基于采样的方法 280

3 避障研究 280

4 静态障碍物规避 281

5 应急规划 282

6 总结 282

参考文献 282

第24部分 雷达 287

第242章 天线与电磁波传播：雷达、导引头与传感器，跟踪以及目标识别 287

1 天线基础 287

1.1 天线辐射原理 287

1.2 天线参数 287

2 天线种类 289

2.1 线天线 289

2.2 印刷电路天线 290

2.3 反射器天线与透镜天线 290

2.4 阵列天线 291

3 波束扫描 291

3.1 机械扫描 291

3.2 相控阵 291

3.3 多波束阵列 292

4 目标跟踪天线 293

5 无线电波传播 293

5.1 传播模型 293

5.2 不同频段上的传播 294

参考文献 294

第243章 雷达基础与应用 295

1 引言 295

2 雷达性能 296

2.1 雷达距离方程 296

2.2 检测过程 298

2.3 杂波 300

2.4 多径 300

3 雷达的优缺点 300

4 一些新体制雷达 300

4.1 合成孔径雷达 300

4.2 有源阵列 301

5 雷达显示 301

6 雷达类型 302

6.1 雷达频段代号 302

6.2 对空监视雷达 302

6.3 跟踪雷达 303

6.4 气象雷达 303

6.5 无线电高度计 303

6.6 机载气象雷达 303

6.7 空中预警雷达 303

6.8 多功能雷达 303

6.9 机载作战雷达 303

6.10 对海侦察雷达 303

6.11 战场监视雷达 304

7 雷达对抗 304

8 结论 304

参考文献 304

第244章 陆地和海洋的后向散射 305

1 引言 305

2 粗糙表面的散射 305

3 雷达杂波的特性 307

3.1 归一化RCS，σ0 307

3.2 幅度统计特性 308

3.3 多普勒谱 309

3.4 空间相关性 309

4 地杂波 309

4.1 低掠入角下的归一化杂波RCS，σ0 310

4.2 中等掠入角下的归一化杂波RCS 311

4.3 离散散射体 311

4.4 多普勒谱 311

5 海杂波 311

6 总结 314

相关章节 314

参考文献 314

第245章 雷达波形设计与信号处理 316

1 引言 316

2 窄带信号 317

3 匹配滤波器和模糊函数 317

4 线性频率调制脉冲 318

5 相位编码脉冲 319

5.1 二相序列 319

5.2 多相序列 320

6 相干脉冲序列 321

7 失配滤波器 323

8 连续周期波形 323

9 展望与新进展 324

参考文献 324

第246章 合成孔径雷达 325

1 引言 325

2 基本几何模型与假设 326

3 距离分辨率 326

4 方位向分辨率 328

模糊 331

5 多基址结构 332

6 未来的发展 334

术语 334

相关章节 335

参考文献 335

第247章 导弹雷达导引头 336

1 现代雷达制导导弹的特征 336

1.1 中段制导 336

1.2 自动末端制导 337

1.3 中段制导到自动末端制导的目标切换 337

2 射频导引头的任务 337

2.1 射频导引头和机载截击雷达功能的主要区别 337

2.2 闭环制导导引头 337

2.3 半主动导引头 337

2.4 反辐射寻的导引头 338

3 射频导引头主要功能的评价指标 338

3.1 范围搜索 338

3.2 提示目标捕获 338

3.3 跟踪 339

3.4 火控 339

4 现代射频导引头的组成 339

4.1 引言 339

4.2 天线组件 340

4.3 射频发射机 340

4.4 射频和中频处理 340

4.5 数字化 340

4.6 信号和数据处理 340

5 先进射频导引头的发展趋势 340

5.1 导引头工作频率的提高 341

5.2 导引头瞬时带宽增加 341

5.3 导引头特征缩减 342

5.4 数字化扩展 342

5.5 通过复用增加自由度 342

5.6 空间自由度与电子防护 342

6 结论 343

术语 343

参考文献 343

第248章 自动目标识别 345

1 引言 345

2 雷达自动目标识别的挑战 346

3 评价指标 347

3.1 混淆矩阵 347

3.2 小训练数据集性能 347

3.3 拒绝和接受能力 348

3.4 接收机工作特性曲线 348

4 主要自动目标识别算法 348

4.1 经典SAR自动目标识别算法 349

4.2 一些其他的SAR自动目标识别算法 349

5 结论 350

注释 350

参考文献 350

第249章 光电传感器原理 353

1 引言 353

2 红外辐射机理 353

2.1 黑体辐射 353

2.2 辐射率 354

2.3 热对比 355

3 传输率 355

3.1 大气中的红外辐射传输率 355

3.2 霾、雾、云和雨的影响 356

4 红外系统 356

4.1 系统组成 356

4.2 红外辐射检测 356

4.3 冷却 357

5 热成像系统 358

5.1 复杂度 358

5.2 单阵元扫描 358

5.3 并行扫描 358

5.4 串行扫描 359

5.5 SPRITE阵列 359

5.6 两维凝视阵列（焦平面阵列） 360

5.7 未来的热检测器 360

5.8 其他系统 360

5.9 导弹制导 361

5.10 红外搜索和跟踪 361

6 激光 361

6.1 激光器的原理 361

6.2 激光器实现——三级和四级系统 363

6.3 激光器波束 364

6.4 激光波束与扩散 364

6.5 常见激光器的类型 364

6.6 波长覆盖 365

7 总结 365

延伸阅读 365

第250章 光电成像与跟踪系统 366

1 引言 366

2 红外寻的导弹导引头 366

2.1 第一代导引头 366

2.2 第二代导引头 367

2.3 第三代导引头 369

2.4 第四代导引头 369

3 平台存活力 370

3.1 特征控制 370

3.2 机动 370

3.3 武器 370

3.4 辅助防御系统 371

4 激光应用 371

4.1 测距 371

4.2 激光雷达 371

4.3 目标指示 372

4.4 目标标记 373

4.5 激光炫目 373

4.6 损伤 374

4.7 激光回归反射检测 374

5 结论 375

参考文献 375

延伸阅读 375

第251章 目标跟踪 377

1 引言 377

2 单目标跟踪 378

2.1 测量和状态估计 378

2.2 卡尔曼与稳态滤波器 378

2.3 航迹关联和维护 380

3 多目标跟踪 381

3.1 测量值航迹关联 381

3.2 航迹的创建和删除 383

3.3 多重假设跟踪器和解模糊 384

4 敏捷目标和先进跟踪器 384

4.1 扩展卡尔曼滤波器 384

4.2 粒子滤波器 385

4.3 交互多模型 386

5 总结 387

致谢 387

参考文献 387

第25部分 轨迹和轨道力学 391

第252章 轨道力学基础 391

1 运动方程 391

2 二体问题 391

3 轨迹解的基本属性 392

3.1 圆锥曲线 392

3.2 轨道要素 392

3.3 运动常量 392

3.4 角动量 392

3.5 能量常量 392

3.6 轨道方程 393

3.7 轨道周期 393

3.8 速度公式 393

4 摄动理论 393

4.1 摄动力 394

4.2 引力 396

4.3 大气阻力 396

4.4 三体引力 398

4.5 太阳光压 398

4.6 潮汐摄动 399

4.7 反照率 399

4.8 其他摄动力 399

5 航天动力学的主要问题 400

5.1 轨道预报 400

5.2 轨道确定 401

5.3 使用星历表分析 401

6 总结 401

注意 401

参考文献 401

第253章 任务设计与轨迹优化 403

1 引言 403

2 运动方程 403

3 基础概念 405

3.1 脉冲机动 405

3.2 基本的轨道转移机动 405

3.3 航天器转移类型 405

3.4 轨道边值问题 407

3.5 引力辅助机动 407

3.6 火箭方程式和有限推力机动 408

3.7 轨迹线性化和状态转移矩阵 409

4 轨迹设计和优化：基础解法 411

4.1 非线性方程求根问题 411

4.2 大中取小问题 412

4.3 约束优化问题 412

5 脉冲轨迹的设计与优化 412

实例：多脉冲地月转移的公式 413

6 有限推力轨迹的设计与优化 414

参数化推力矢量模型 415

7 行星际轨迹设计与优化实例 416

问题描述和流程 416

8 总结 419

术语 419

相关章节 420

参考文献 420

第254章 星际导航 422

1 引言 422

2 星际任务中的导航目标 422

3 深空导航系统 423

3.1 航天器轨道动力学及建模 423

3.2 测量系统 424

3.3 飞行路径估计 428

3.4 导航支持功能 429

3.5 轨迹修正机动 430

3.6 深空导航系统的概念性表述 431

4 星际任务中的导航精度 431

5 结论 431

致谢 432

相关章节 432

参考文献 432

第255章 卫星轨道的确定 433

1 引言 433

2 轨道确定过程的线性化 434

3 状态转移矩阵 435

4 观测量和历元状态的关系 435

5 最小二乘解 435

6 批处理计算算法 436

7 估计的传递协方差矩阵 436

8 序贯估计算法 436

9 序贯计算算法 437

10 扩展的序贯估计算法 438

11 扩展的序贯计算算法 439

12 通过正交变换求最小二乘解 439

13 状态噪声补偿算法 439

14 高阶滤波器 440

15 轨道确定实例 440

16 结论 442

致谢 443

术语 443

相关章节 443

参考文献 443

第256章 地球轨道环境 445

1 引言 445

2 地球轨道上的空间目标群 445

3 轨道区域 446

3.1 低地球轨道 446

3.2 中地球轨道 448

3.3 地球同步轨道 450

4 总结和未来的趋势 451

参考文献 451

第257章 平动点轨道和三体问题 453

1 引言 453

动力学系统理论 453

2 三体问题 453

2.1 量纲为1的量 453

2.2 运动方程 454

2.3 Jacobi常量 454

2.4 平动点 455

3 平动点轨道 455

3.1 近似解析解 456

3.2 微分修正 456

3.3 稳定性 457

4 不变流形 459

5 平动点轨道间的自由转移 460

6 星历表计算 460

7 平动点任务 461

8 结论及未来展望 462

相关章节 462

参考文献 462

第258章 动力学环境任务 464

1 介绍 464

2 摄动、相关模型和任务 464

2.1 推进 464

2.2 多体和星历问题 466

2.3 拼接圆锥曲线模型和重大旅游轨道 466

2.4 Tisserand示意图和V∞杠杆作用 468

2.5 非球形引力：最重要的项 469

2.6 非球形引力：冻结轨道和低轨月球轨道示例 469

2.7 小星体引力 470

2.8 第三体引力：限制性问题 471

2.9 第三体引力：Hill模型和行星卫星轨道器 473

2.10 第三体引力：椭圆情况 474

2.11 地月系统 474

2.12 太阳辐射光压 474

3 结论 475

相关章节 476

参考文献 476

第259章 太阳帆动力学与控制 478

1 太阳帆推进的优势及其应用 478

2 历史与发展现状 478

3 基础太阳辐射压力模型 478

3.1 理想太阳帆模型 479

3.2 光学太阳帆模型 479

3.3 太阳帆模型比较 480

4 太阳帆性能参数 481

5 轨道动力学与控制 481

5.1 以太阳为中心的运动 482

5.2 以行星为中心的运动 482

5.3 在拉格朗日点的运动 482

6 高等太阳辐射压力模型 484

6.1 广义太阳帆模型 484

6.2 修正的太阳帆模型 484

6.3 光学太阳帆退化模型 484

7 姿态动力学与控制 485

7.1 姿态动力学 485

7.2 姿态控制设计方案 486

7.3 最佳姿态控制系统设计准则 487

8 总结、结论与展望 487

9 附录：以太阳为中心的参照系 487

相关章节 488

参考文献 488

第260章 卫星编队飞行 490

1 引言 490

2 相对运动 491

2.1 Clohessy-Wiltshire方程 491

2.2 椭圆主星轨道 493

2.3 摄动影响 495

3 构型保持与重构 497

4 相对导航 499

5 总结 500

术语 500

参考文献 500

第261章 全球卫星导航系统 502

1 引言 502

2 重要事件和政策 502

3 基本原理 503

4 卫星群 504

5 信号 505

6 控制组件 507

7 接收机 507

8 测量设备及其误差 508

9 空间应用 509

9.1 空间活动 509

9.2 航空飞行 510

10 总结 511

参考文献 511

第26部分 姿态动力学与航天器轨道控制 515

第262章 姿态动力学基本原理 515

1 刚体运动学 515

1.1 旋转坐标系 515

1.2 姿态参数 516

2 刚体模型的转动惯量 519

2.1 惯量矩阵的定义 519

2.2 主要坐标系 519

2.3 平行轴定理 520

3 角动量 521

4 动能 521

5 旋转运动方程 521

5.1 欧拉旋转方程 521

5.2 主轴旋转稳定性 522

5.3 刚体运动的数值仿真 522

6 无力矩响应 522

6.1 圆锥运动 522

6.2 本体瞬心迹 523

7 双自旋稳定 524

7.1 运动方程 524

7.2 线性平衡稳定性 525

8 用于被动控制的外部力矩 525

8.1 重力梯度力矩 525

8.2 大气力矩 527

8.3 磁力矩 527

9 总结 527

参考文献 527

第263章 姿态确定敏感器 529

1 引言 529

2 姿态确定敏感器 529

2.1 太阳敏感器 529

2.2 地球地平线敏感器 530

2.3 磁强计 531

2.4 GPS干涉仪 531

2.5 星地相机、追踪仪、扫描仪 531

2.6 精细误差敏感器 533

3 陀螺仪 533

3.1 旋转质量陀螺仪 533

3.2 干调谐转子陀螺仪 534

3.3 半球谐振陀螺仪 534

3.4 环形激光陀螺仪 534

3.5 干涉型光纤陀螺仪 535

3.6 角位移传感器 536

参考文献 536

第264章 姿态确定 538

1 引言 538

2 单框架方法 538

2.1 Wahba问题 538

2.2 达文波特Q方法 539

2.3 四元数估计（QUEST） 539

2.4 奇异值分解法 540

2.5 快速最优姿态矩阵（FOAM） 540

2.6 最优四元数估计 540

2.7 Wahba问题的相关算法比较 541

2.8 单框GPS架姿态确定 541

3 时序方法 542

3.1 加性四元数卡尔曼滤波 542

3.2 乘法四元数扩展卡尔曼滤波（MEKF） 543

3.3 测量模型和更新 544

3.4 四元数测量模型 545

3.5 与Wahba问题相关的四元数方法 545

4 总结 546

相关章节 546

参考文献 546

第265章 主动姿态控制执行机构 548

1 引言 548

2 磁力矩器 548

2.1 磁力矩的产生 548

2.2 磁力矩器（图2）设计 548

3 推力器 549

3.1 推力器姿态控制 549

3.2 推力器脉冲调制方案 550

4 反作用轮 551

4.1 反作用轮基础 551

4.2 技术考虑 552

4.3 考虑摆动速率约束的执行机构大小的确定 552

4.4 反作用轮的动力学模型 552

5 控制力矩陀螺 553

5.1 控制力矩陀螺（CMG）基础 553

5.2 力矩放大 554

5.3 CMG系统的总角动量 554

5.4 CMG群和CMG奇异 554

5.5 CMG设计问题 555

参考文献 556

第266章 高精度三轴指向与控制 557

1 三轴姿态控制 557

1.1 含转子的刚体动力学 557

1.2 航天器运动学 557

1.3 姿态控制 558

1.4 线性化分析 558

1.5 控制器特性 559

2 姿态估计误差 561

2.1 星敏感器噪声模型 561

2.2 陀螺噪声模型 561

2.3 姿态观测器 561

3 反作用轮干扰 564

3.1 静不平衡 564

3.2 动不平衡 565

3.3 飞轮阻力矩 565

3.4 换相转矩波动 565

4 精确指向与控制 565

4.1 设计准则 565

4.2 飞轮速度逆转 566

4.3 振动隔离 566

4.4 精密导引敏感器（FGS） 566

4.5 快速控制反射镜（FSM） 567

5 结论 567

相关章节 567

参考文献 567

第267章 多体动力学的有效建模 569

1 引言 569

2 张拉整体系统 570

3 杆／弦网络的描述 571

4 刚性杆的动力学 571

4.1 带约束的定长杆的动力学 572

4.2 β根杆的系统 572

5 杆／弦间联系特性的描述 573

6 动力学的矢量形式 574

7 I类张拉整体系统的静力学 575

8 结论 575

参考文献 576

第268章 导航制导与控制系统的故障检测、分离与修复 577

1 引言 577

1.1 航天器故障保护综述 577

1.2 故障、失效与症状 577

1.3 典型故障保护策略 579

1.4 FP系统的组成 582

2 GNC系统故障保护范围 583

3 FP系统的考虑因素 585

3.1 冗余、故障冗余与功能冗余 585

3.2 功能衰减 586

4 总结 586

参考文献 586

第269章 近距离交会对接 587

1 交会对接任务、方案、接近阶段 587

1.1 任务综述 587

1.2 典型的交会对接任务的总体方案 587

1.3 交会对接任务的主要阶段 587

1.4 应用 589

1.5 合作与非合作目标 589

1.6 轨道类型 589

2 交会轨迹和策略 589

2.1 坐标系 589

2.2 Hill方程，ClohessyWiltshire方程 590

2.3 轨迹要素 591

2.4 接近策略的例子 591

3 自主交会对接控制系统 593

3.1 导航、制导与控制 593

3.2 任务与飞行管理系统 594

3.3 系统容错与碰撞风险预测 594

4 交会对接采用的传感器 595

4.1 中长距离传感器 595

4.2 短距离传感器 595

4.3 非合作目标交会对接传感器 597

5 接触动力学与对接机构 597

5.1 “对接”与“停靠”的定义 597

5.2 对接机构的功能 598

5.3 接触时的动量交换 598

5.4 捕获与减震 598

5.5 对接机构的类型 599

6 人工与自主控制的作用 600

6.1 已有的人工与自动控制 600

6.2 人工操作的控制职责 600

6.3 人工、自动或自主交会对接 600

致谢 600

参考文献 600

附录1 《航空航天科技出版工程》英文版编写委员会 602

附录2 《航空航天科技出版工程5 动力学与控制》英文版参编人员 605

索 引 608