基于光学成像测量的深空探测自主控制原理与技术PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1制导、导航与控制 2

1.1.1基本概念 2

1.1.2自主控制技术 4

1.2深空探测自主控制的典型任务 6

1.2.1月球探测自主控制技术 8

1.2.2行星探测自主控制技术 15

1.2.3小行星及彗星探测自主控制技术 21

1.3本书的主要内容 32

参考文献 36

第2章 光学成像自主导航与控制基本原理 39

2.1参考坐标系及坐标变换 39

2.1.1参考坐标系的定义 40

2.1.2坐标系之间的变换 43

2.2时间系统 45

2.2.1时间系统的定义 45

2.2.2儒略日的定义及转换 47

2.3导航天体星历 48

2.3.1高精度天体星历计算 49

2.3.2简单天体星历计算 51

2.4航天器轨道动力学模型 53

2.4.1轨道摄动模型 53

2.4.2轨道动力学方程 58

2.4.3深空探测器轨道动力学模型 60

2.5光学成像自主导航 62

2.5.1基本原理 62

2.5.2导航天体的选取与规划 67

2.5.3导航天体图像的处理方法 68

2.5.4观测方程和状态方程的建立 68

2.5.5导航滤波算法的选择 69

2.6自主轨道控制方法 70

2.6.1基于B平面参数的自主中途修正方法 71

2.6.2接近目标天体的自主轨道规划方法 80

2.7小结 91

参考文献 92

第3章 导航天体选取与规划方法 94

3.1导航天体类型及其特点 94

3.1.1行星轨道与光学特性 95

3.1.2行星卫星轨道与光学特性 97

3.1.3小行星轨道与光学特性 98

3.2导航天体选取标准 101

3.2.1太阳相角标准 102

3.2.2视星等标准 103

3.2.3视运动标准 105

3.2.4三星概率标准 105

3.2.5深空探测器与天体距离标准 108

3.3导航天体最优组合选取方法 108

3.3.1精度衰减因子 108

3.3.2基于PDOP的导航天体最优组合选取方法 109

3.4导航天体观测序列规划方法 113

3.4.1导航天体观测序列优化标准 113

3.4.2基于遗传算法的导航天体观测序列规划方法 114

3.4.3基于蚁群优化算法的导航天体观测序列规划方法 117

3.5小结 121

参考文献 122

第4章 导航天体光学图像处理方法 123

4.1光学测量原理 123

4.1.1光学成像模型 124

4.1.2平移及旋转变换 128

4.2星点和星迹图像处理 129

4.2.1星点光学成像特点 129

4.2.2星点图像的处理方法 130

4.2.3星迹图像的处理方法 139

4.3规则天体图像处理 154

4.3.1规则天体光学成像特点 154

4.3.2规则面目标图像处理算法的基本原理 155

4.3.3图像算法的处理过程 158

4.3.4仿真实例 162

4.4不规则天体图像处理 163

4.4.1不规则天体光学成像特点 163

4.4.2目标分割方法 163

4.4.3中心提取方法 165

4.4.4仿真实例 167

4.5小结 168

参考文献 169

第5章 自主导航系统可观性分析方法 171

5.1线性系统的可观性 172

5.1.1线性定常系统的可观性 172

5.1.2线性时变系统的可观性 176

5.2非线性系统的可观性 178

5.2.1非线性系统可观性定义及判据 178

5.2.2基于奇异值分解的可观性分析 183

5.3自主导航系统的可观度 186

5.3.1自主导航系统可观度分析 187

5.3.2状态可观度分析 198

5.4小结 203

参考文献 204

第6章 自主导航滤波与信息融合方法 206

6.1基于确定性模型的滤波算法 207

6.1.1最小二乘算法 207

6.1.2卡尔曼滤波算法 210

6.1.3扩展卡尔曼滤波算法 214

6.2基于不确定模型的滤波方法 226

6.2.1鲁棒滤波问题描述 226

6.2.2鲁棒滤波算法设计 231

6.2.3改进的鲁棒滤波性能分析 238

6.2.4基于无模型加速度估计的自适应导航滤波算法 245

6.3基于信息融合的深空探测自主导航 250

6.3.1多源测量信息融合基本概念 250

6.3.2基于光学成像测量和X射线脉冲星的自主导航 255

6.3.3多源信息融合的组合导航性能分析 263

6.4小结 266

参考文献 268

第7章 日心转移轨道段的自主导航与制导 271

7.1日心转移轨道段自主导航与制导方案 271

7.1.1系统组成与功能 271

7.1.2导航敏感器 273

7.1.3执行机构 274

7.2日心转移轨道段自主导航技术 275

7.2.1导航图像处理 275

7.2.2导航观测方程 275

7.2.3导航状态方程 278

7.2.4导航参数的滤波估计 279

7.3日心转移轨道段自主制导技术 284

7.3.1采用速度脉冲控制的中途轨道修正方法 284

7.3.2采用小推力连续控制的中途轨道修正方法 287

7.4应用实例 289

7.5小结 295

参考文献 296

第8章 接近轨道段的自主导航与轨道控制 298

8.1接近轨道段自主导航与轨道控制方案 298

8.1.1系统组成与功能 298

8.1.2导航敏感器 300

8.1.3执行机构 301

8.2接近轨道段自主导航技术 301

8.2.1接近大天体 302

8.2.2接近小天体 308

8.3接近轨道段自主轨道控制技术 316

8.3.1基于B平面的制导方法 316

8.3.2自主轨道规划 320

8.4应用实例 322

8.4.1接近大天体过程的自主导航与轨道控制 322

8.4.2接近小天体过程的自主导航与轨道控制 324

8.5小结 327

参考文献 328

第9章 环绕轨道段的自主导航与轨道控制 329

9.1环绕轨道段自主导航与轨道控制方案 329

9.1.1系统组成与功能 329

9.1.2导航敏感器 331

9.1.3执行机构 332

9.2环绕轨道段自主导航技术 333

9.2.1环绕大天体自主导航 333

9.2.2环绕小天体自主导航 337

9.3环绕轨道段自主轨道控制技术 345

9.3.1环绕轨道段轨道控制数学模型 345

9.3.2半长轴和偏心率联合控制 346

9.3.3轨道倾角控制 348

9.3.4近天体点高度控制 348

9.4应用实例 349

9.4.1环绕火星探测任务的应用 349

9.4.2环绕爱神小行星探测任务的应用 353

9.5小结 355

参考文献 356

第10章 撞击轨道段的自主导航与制导 358

10.1撞击轨道段自主导航与制导方案 358

10.1.1系统组成与功能 358

10.1.2导航敏感器 360

10.1.3执行机构 360

10.2撞击轨道段自主导航技术 361

10.2.1自主导航图像处理 361

10.2.2自主轨道确定 363

10.3轨道机动 363

10.3.1比例导引 363

10.3.2预测制导 364

10.4观测序列规划 368

10.4.1撞击时间的计算 368

10.4.2拍照终止时间计算 370

10.4.3序列规划 372

10.5应用实例 373

10.6小结 376

参考文献 377

第11章 基于光学成像测量的自主导航地面试验 378

11.1基于光学成像测量的数学仿真验证技术 378

11.1.1静态星点成像仿真 380

11.1.2动态星迹成像仿真 381

11.1.3面目标成像仿真 386

11.1.4仿真实例 395

11.2转移轨道段自主导航半物理仿真试验 400

11.2.1试验方案 400

11.2.2试验系统组成 401

11.2.3试验系统数据接口与信息流程 405

11.2.4试验实例 407

11.2.5外场观星试验 410

11.3环绕轨道段自主导航半物理仿真试验 411

11.3.1试验方案 411

11.3.2试验系统组成 413

11.3.3试验实例 416

11.4小结 419

参考文献 421

第12章 深空探测自主控制发展展望 422

参考文献 427

全书缩略语和专有名词对照表 428