第1章 绪论 1
1.1 航天器相对运动 2
1.1.1 航天器相对运动概念 2
1.1.2 典型相对运动类型 3
1.2 航天器相对运动应用发展现状 7
1.2.1 空间交会对接与在轨服务 7
1.2.2 航天器编队飞行 15
1.2.3 天基空间目标监视 19
1.3 相对运动轨迹规划与控制研究综述 25
1.3.1 相对运动建模 26
1.3.2 相对运动轨迹规划 28
1.3.3 相对运动控制 31
1.3.4 飞行任务规划与仿真 32
1.4 本书组织结构与主要内容 37
第2章 航天器相对运动理论基础 41
2.1 概述 41
2.1.1 坐标系 41
2.1.2 约定与假设 42
2.2 代数法相对运动模型 42
2.2.1 T-H方程 44
2.2.2 C-W万程 46
2.3 几何法相对运动模型 47
2.3.1 相对运动学方程 48
2.3.2 相对轨道根数与相对坐标的转换 51
2.4 模型误差分析与精度对比仿真 53
2.4.1 线性化误差 54
2.4.2 小偏心率误差 61
2.4.3 摄动误差 65
2.4.4 模型误差 70
2.4.5 模型适用度准则 71
2.5 姿态运动 72
2.5.1 姿态描述 72
2.5.2 姿态运动学方程 79
2.5.3 姿态动力学方程 81
2.6 小结 81
第3章 航天器自然周期相对运动轨迹设计 83
3.1 概述 83
3.2 代数法 84
3.2.1 近圆参考轨道 84
3.2.2 椭圆参考轨道 88
3.3 几何法 95
3.3.1 经典轨道根数差值的影响分析 96
3.3.2 典型周期轨迹设计 101
3.3.3 几何法与代数法设计参数的关系 102
3.4 J2项不变周期相对轨迹设计 104
3.4.1 平根数与瞬根数 104
3.4.2 平根数空间下的相对运动方程 105
3.4.3 相对轨迹设计 107
3.4.4 仿真算例 108
3.5 小结 109
第4章 航天器近距离相对运动轨迹规划 110
4.1 概述 110
4.2 基于脉冲推力的相对运动轨迹规划 111
4.2.1 二脉冲机动模型 111
4.2.2 基于导航点的多脉冲轨迹规划 114
4.2.3 基于随机优化的多脉冲轨迹规划 119
4.3 基于继电型推力的相对运动轨迹规划 124
4.3.1 离散化动力学模型 125
4.3.2 约束表示 127
4.3.3 规划模型 131
4.3.4 仿真算例 132
4.4 基于连续常值小推力的相对运动轨迹规划 134
4.4.1 最优控制原理 134
4.4.2 近圆参考轨道情形 136
4.4.3 椭圆参考轨道情形 144
4.5 小结 153
第5章 航天器近距离相对运动控制策略 155
5.1 概述 155
5.2 控制问题框架 156
5.2.1 问题描述 156
5.2.2 控制策略 158
5.3 滑模变结构控制 160
5.3.1 基本原理 160
5.3.2 控制器设计 162
5.3.3 仿真算例 164
5.4 鲁棒约束模型预测控制 166
5.4.1 基本原理 167
5.4.2 控制器设计 171
5.4.3 仿真算例 175
5.5 小结 178
第6章 航天器近距离观测任务轨迹设计与控制 180
6.1 概述 180
6.2 基本相对运动类型 181
6.2.1 椭圆型 181
6.2.2 振荡型 182
6.2.3 跳跃型 183
6.2.4 飞越型 184
6.3 绕飞观测任务轨迹 185
6.3.1 自然椭圆绕飞观测 185
6.3.2 自然螺旋绕飞观测 187
6.3.3 单脉冲受限“水滴”形绕飞观测 188
6.3.4 多脉冲受限圆形绕飞观测 189
6.3.5 多脉冲受限“田径场”形绕飞观测 191
6.4 局部观测任务轨迹 193
6.4.1 单脉冲受限R-bar方位观测 193
6.4.2 自然椭圆V-bar方位观测 194
6.4.3 多脉冲受限任意方位观测 195
6.5 观测任务期望姿态计算 198
6.5.1 观测模式 199
6.5.2 充电模式 200
6.6 观测任务的6-DOF耦合推力控制 201
6.6.1 6-DOF相对动力学模型 201
6.6.2 期望状态 203
6.6.3 控制策略 204
6.6.4 仿真算例 207
6.7 小结 209
第7章 空间机器人抓捕任务逼近轨迹设计与控制 210
7.1 概述 210
7.2 三轴稳定卫星的抓捕逼近 211
7.2.1 直线逼近模型 212
7.2.2 相对静止保持 213
7.2.3 基于组合机动的V-bar逼近 214
7.3 无控旋转卫星的抓捕逼近 219
7.3.1 目标运动模型 219
7.3.2 飞越逼近策略 221
7.3.3 同步控制逼近策略 227
7.4 小结 237
第8章 空间机器人飞行任务仿真平台设计与开发 238
8.1 概述 238
8.2 飞行任务过程分析 239
8.2.1 接近伴飞任务 239
8.2.2 交会抓捕任务 242
8.2.3 飞行任务规划 244
8.3 空间机器人系统功能行为模型 249
8.3.1 功能行为模型概念 250
8.3.2 空间机器人功能行为分析 251
8.3.3 空间机器人功能行为建模 257
8.4 设计模式与体系架构 282
8.4.1 MVC设计模式与实现 282
8.4.2 自主运行体系架构 290
8.5 仿真平台设计与实现 291
8.5.1 功能需求 291
8.5.2 体系结构 292
8.5.3 关键技术 293
8.5.4 仿真平台实现 304
8.6 小结 316
参考文献 318