基于光學成像測量的深空探測自主控制原理與技術

第1章 緒論
1.1 制導、導航與控制
1.1.1 基本概念
1.1.2 自主控制技術
1.2 深空探測自主控制的典型任務
1.2.1 月球探測自主控制技術
1.2.2 行星探測自主控制技術
1.2.3 小行星及彗星探測自主控制技術
1.3 本書的主要內容
參考文獻
第2章 光學成像自主導航與控制基本原理
2.1 參考坐標系及坐標變換
2.1.1 參考坐標系的定義
2.1.2 坐標系之間的變換
2.2 時間系統(tǒng)
2.2.1 時間系統(tǒng)的定義
2.2.2 儒略日的定義及轉換
2.3 導航天體星歷
2.3.1 高精度天體星歷計算
2.3.2 簡單天體星歷計算
2.4 航天器軌道動力學模型
2.4.1 軌道攝動模型
2.4.2 軌道動力學方程
2.4.3 深空探測器軌道動力學模型
2.5 光學成像自主導航
2.5.1 基本原理
2.5.2 導航天體的選取與規(guī)劃
2.5.3 導航天體圖像的處理方法
2.5.4 觀測方程和狀態(tài)方程的建立
2.5.5 導航濾波算法的選擇
2.6 自主軌道控制方法
2.6.1 基于B平面參數的自主中途修正方法
2.6.2 接近目標天體的自主軌道規(guī)劃方法
2.7 小結
參考文獻
第3章 導航天體選取與規(guī)劃方法
3.1 導航天體類型及其特點
3.1.1 行星軌道與光學特性
3.1.2 行星衛(wèi)星軌道與光學特性
3.1.3 小行星軌道與光學特性
3.2 導航天體選取標準
3.2.1 太陽相角標準
3.2.2 視星等標準
3.2.3 視運動標準
3.2.4 三星概率標準
3.2.5 深空探測器與天體距離標準
3.3 導航天體最優(yōu)組合選取方法
3.3.1 精度衰減因子
3.3.2 基于PDOP的導航天體最優(yōu)組合選取方法
3.4 導航天體觀測序列規(guī)劃方法
3.4.1 導航天體觀測序列優(yōu)化標準
3.4.2 基于遺傳算法的導航天體觀測序列規(guī)劃方法
3.4.3 基于蟻群優(yōu)化算法的導航天體觀測序列規(guī)劃
方法
3.5 小結
參考文獻
第4章 導航天體光學圖像處理方法
4.1 光學測量原理
4.1.1 光學成像模型
4.1.2 平移及旋轉變換
4.2 星點和星跡圖像處理
4.2.1 星點光學成像特點
4.2.2 星點圖像的處理方法
4.2.3 星跡圖像的處理方法
4.3 規(guī)則天體圖像處理
4.3.1 規(guī)則天體光學成像特點
4.3.2 規(guī)則面目標圖像處理算法的基本原理
4.3.3 圖像算法的處理過程
4.3.4 仿真實例
4.4 不規(guī)則天體圖像處理
4.4.1 不規(guī)則天體光學成像特點
4.4.2 目標分割方法
4.4.3 中心提取方法
4.4.4 仿真實例
4.5 小結
參考文獻
第5章 自主導航系統(tǒng)可觀性分析方法
5.1 線性系統(tǒng)的可觀性
5.1.1 線性定常系統(tǒng)的可觀性
5.1.2 線性時變系統(tǒng)的可觀性
5.2 非線性系統(tǒng)的可觀性
5.2.1 非線性系統(tǒng)可觀性定義及判據
5.2.2 基于奇異值分解的可觀性分析
5.3 自主導航系統(tǒng)的可觀度
5.3.1 自主導航系統(tǒng)可觀度分析
5.3.2 狀態(tài)可觀度分析
5.4 小結
參考文獻
第6章 自主導航濾波與信息融合方法
6.1 基于確定性模型的濾波算法
6.1.1 最小二乘算法
6.1.2 卡爾曼濾波算法
6.1.3 擴展卡爾曼濾波算法
6.2 基于不確定模型的濾波方法
6.2.1 魯棒濾波問題描述
6.2.2 魯棒濾波算法設計
6.2.3 改進的魯棒濾波性能分析
6.2.4 基于無模型加速度估計的自適應導航濾波算法
6.3 基于信息融合的深空探測自主導航
6.3.1 多源測量信息融合基本概念
6.3.2 基于光學成像測量和X射線脈沖星的自主導航
6.3.3 多源信息融合的組合導航性能分析
6.4 小結
參考文獻
第7章 日心轉移軌道段的自主導航與制導
7.1 日心轉移軌道段自主導航與制導方案
7.1.1 系統(tǒng)組成與功能
7.1.2 導航敏感器
7.1.3 執(zhí)行機構
7.2 日心轉移軌道段自主導航技術
7.2.1 導航圖像處理
7.2.2 導航觀測方程
7.2.3 導航狀態(tài)方程
7.2.4 導航參數的濾波估計
7.3 日心轉移軌道段自主制導技術
7.3.1 采用速度脈沖控制的中途軌道修正方法
7.3.2 采用小推力連續(xù)控制的中途軌道修正方法
7.4 應用實例
7.5 小結
參考文獻
第8章 接近軌道段的自主導航與軌道
控制
8.1 接近軌道段自主導航與軌道控制方案
8.1.1 系統(tǒng)組成與功能
8.1.2 導航敏感器
8.1.3 執(zhí)行機構
8.2 接近軌道段自主導航技術
8.2.1 接近大天體
8.2.2 接近小天體
8.3 接近軌道段自主軌道控制技術
8.3.1 基于B平面的制導方法
8.3.2 自主軌道規(guī)劃
8.4 應用實例
8.4.1 接近大天體過程的自主導航與軌道控制
8.4.2 接近小天體過程的自主導航與軌道控制
8.5 小結
參考文獻
第9章 環(huán)繞軌道段的自主導航與軌道控制
9.1 環(huán)繞軌道段自主導航與軌道控制方案
9.1.1 系統(tǒng)組成與功能
9.1.2 導航敏感器
9.1.3 執(zhí)行機構
9.2 環(huán)繞軌道段自主導航技術
9.2.1 環(huán)繞大天體自主導航
9.2.2 環(huán)繞小天體自主導航
9.3 環(huán)繞軌道段自主軌道控制技術
9.3.1 環(huán)繞軌道段軌道控制數學模型
9.3.2 半長軸和偏心率聯(lián)合控制
9.3.3 軌道傾角控制
9.3.4 近天體點高度控制
9.4 應用實例
9.4.1 環(huán)繞火星探測任務的應用
9.4.2 環(huán)繞愛神小行星探測任務的應用
9.5 小結
參考文獻
第10章 撞擊軌道段的自主導航與制導
10.1 撞擊軌道段自主導航與制導方案
10.1.1 系統(tǒng)組成與功能
10.1.2 導航敏感器
10.1.3 執(zhí)行機構
10.2 撞擊軌道段自主導航技術
10.2.1 自主導航圖像處理
10.2.2 自主軌道確定
10.3 軌道機動
10.3.1 比例導引
10.3.2 預測制導
10.4 觀測序列規(guī)劃
10.4.1 撞擊時間的計算
10.4.2 拍照終止時間計算
10.4 3序列規(guī)劃
10.5 應用實例
10.6 小結
參考文獻
第11章 基于光學成像測量的自主導航地面試驗
11.1 基于光學成像測量的數學仿真驗證技術
11.1.1 靜態(tài)星點成像仿真
11.1.2 動態(tài)星跡成像仿真
11.1.3 面目標成像仿真
11.1.4 仿真實例
11.2 轉移軌道段自主導航半物理仿真試驗
11.2.1 試驗方案
11.2.2 試驗系統(tǒng)組成
11.2.3 試驗系統(tǒng)數據接口與信息流程
11.2.4 試驗實例
11.2.5 外場觀星試驗
11.3 環(huán)繞軌道段自主導航半物理仿真試驗
11.3.1 試驗方案
11.3.2 試驗系統(tǒng)組成
11.3.3 試驗實例
11.4 小結
參考文獻
第12章 深空探測自主控制發(fā)展展望
參考文獻
全書縮略語和專有名詞對照表