第1章 绪论 1
1.1深空探测活动简述 1
1.1.1月球探测 1
1.1.2火星探测 6
1.1.3金星探测 9
1.1.4其他行星探测 10
1.1.5小行星和彗星探测 12
1.1.6我国的深空探测技术 14
1.2深空探测器导航 14
1.2.1深空探测器导航回顾 14
1.2.2深空探测器的地基导航 15
1.2.3深空探测器的自主导航 21
1.3深空探测器自主导航的必要性 27
参考文献 29
第2章 深空探测器自主导航基础知识 30
2.1天文学基础 30
2.1.1太阳系 30
2.1.2月球 39
2.1.3火星 42
2.2常用坐标系 48
2.2.1天球坐标系 48
2.2.2地球坐标系 53
2.2.3月球坐标系 56
2.2.4太阳坐标系 58
2.2.5轨道坐标系 58
2.2.6本体坐标系 59
2.2.7坐标系间转换 59
2.3时间系统 61
2.3.1世界时 61
2.3.2恒星时 62
2.3.3原子时 63
2.3.4力学时 63
2.3.5历元 63
2.4飞行轨道 64
2.4.1多体问题 64
2.4.2引力作用球和圆锥曲线拼接法 65
2.4.3霍曼转移轨道 66
2.4.4逃逸轨道 69
2.4.5捕获轨道 71
2.4.6行星历表 72
参考文献 75
第3章 深空探测器自主导航基本原理 76
3.1自主导航系统工作流程 76
3.1.1观测量 77
3.1.2敏感器 78
3.1.3滤波方法 100
3.2天文导航 105
3.2.1天文导航系统的组成和特点 105
3.2.2天文导航的基本原理 106
3.2.3天文导航的误差分析 106
3.3惯性导航 107
3.3.1惯性导航系统的组成和特点 108
3.3.2惯性导航的基本原理 108
3.3.3惯性导航的误差分析 111
3.4图像导航 111
3.4.1图像导航系统的组成和特点 111
3.4.2图像导航的基本原理 112
3.4.3图像导航的误差分析 116
3.5组合导航 116
3.5.1组合导航系统的设计模式 116
3.5.2组合导航系统滤波器设计 117
参考文献 120
第4章 深空探测器转移轨道自主导航技术 121
4.1转移轨道运动模型 121
4.1.1深空探测器在转移轨道的飞行过程 122
4.1.2转移轨道的动力学模型 124
4.2转移轨道自主导航系统 127
4.2.1系统组成和工作流程 127
4.2.2敏感器 127
4.3转移轨道测量信息的获取 133
4.3.1天体信息 133
4.3.2角速度和加速度 138
4.4火星探测器转移轨道的自主导航方法 141
4.4.1基于太阳、地球和火星观测信息的自主导航方法 141
4.4.2基于小行星观测信息的自主导航方法 145
4.4.3基于火星及其卫星观测信息的自主导航方法 151
参考文献 158
第5章 软着陆过程的自主导航技术 160
5.1软着陆飞行过程 160
5.2软着陆自主导航系统 162
5.2.1系统组成和工作流程 162
5.2.2惯性测量单元 163
5.2.3测距测速敏感器 164
5.2.4成像敏感器 164
5.3软着陆导航测量信息的处理方法 165
5.3.1距离和速度信息处理方法 165
5.3.2图像处理方法 167
5.3.3三维地形图像处理方法 169
5.4月球探测器软着陆的自主导航方法 172
5.4.1导航坐标系 172
5.4.2月球探测器软着陆动力学模型 174
5.4.3利用惯性测量单元的自主导航方法 175
5.4.4基于惯性测量单元配以测距测速修正的自主导航方法 179
5.4.5基于惯性测量单元配以图像信息修正的自主导航方法 187
5.4.6基于三维地形图像的自主障碍识别和安全着陆区选取方法 191
参考文献 195
第6章 深空探测巡视器自主导航技术 196
6.1深空探测巡视器自主导航过程 196
6.1.1深空探测巡视器自主导航功能 196
6.1.2深空探测巡视器自主导航特点 201
6.2深空探测巡视器自主导航系统 201
6.2.1系统组成和工作流程 201
6.2.2天体敏感器 204
6.2.3惯性敏感器 206
6.2.4视觉敏感器 208
6.2.5运动传感器 210
6.3深空探测巡视器测量信息的获取与处理 211
6.3.1天体测量信息 211
6.3.2惯性测量信息 212
6.3.3环境信息 213
6.4月球巡视器自主导航定位方法 222
6.4.1天文导航 222
6.4.2航位推算导航 224
6.4.3天文/航位推算组合导航 225
6.4.4视觉测距导航 226
6.5深空探测巡视器路径规划方法 228
6.5.1双目立体视觉导航规划 228
6.5.2结构光视觉导航规划 233
参考文献 235
第7章 空间交会对接的自主导航技术 237
7.1空间交会对接过程 238
7.1.1空间交会对接的飞行过程 238
7.1.2阿波罗号飞船月球轨道交会对接的飞行程序 239
7.1.3月球轨道交会对接的特点 241
7.2空间交会对接自主导航系统 243
7.2.1系统组成和工作流程 243
7.2.2微波雷达 244
7.2.3激光雷达 247
7.2.4光学成像敏感器 250
7.3空间交会对接导航测量信息的获取与处理 255
7.3.1微波雷达的信息处理方法 255
7.3.2激光雷达的信息处理方法 258
7.3.3光学成像敏感器的信息处理方法 260
7.4月球轨道交会对接的自主导航方法 261
7.4.1月球轨道交会对接飞行过程方案 261
7.4.2月面起飞段的自主导航方法 263
7.4.3近距离导引段的自主导航方法 266
7.4.4平移靠拢段的自主导航方法 275
参考文献 280
第8章 深空探测器自主导航技术展望 282
8.1深空探测器自主导航的关键技术 282
8.1.1自主导航方案设计 282
8.1.2自主导航敏感器 284
8.1.3自主导航核心算法 285
8.2深空探测器自主导航技术发展趋势 287
8.2.1提高自主导航方案的通用性 287
8.2.2组合导航是必然方向 288
8.2.3导航敏感器的微小型化和复用技术 288
8.2.4自主故障诊断和容错技术 288
参考文献 290
附录 291
附录A常用的单位名称、单位符号及换算关系 291
附录B太阳、月球及八大行星常用的天文常数 293
附录C深空探测大事记 294
附录D全书缩略语和专有名词对照表 300