《基于光学成像测量的深空探测自主控制原理与技术》深入系统地介绍了基于光学成像测量的深空探测自主控制原理、方法、技术和应用问题，是作者近十年来在从事深空探测自主导航与控制技术研究的基础上，结合该领域的最新进展，总结相关课题的研究成果而成，反映了本领域的研究前沿和技术发展趋势，既可作为航天科研人员和工程技术人员的参考书，也可作为相关专业的研究生教材。
《基于光学成像测量的深空探测自主控制原理与技术》具有以下特点：
1.引领前沿：反应本领域的研究前沿和技术发展趋势。
2.内容一体：内容集基本原理与方法、系统设计和实验技术于一体。
3.阅读面广：即可作为研究人员和工程技术的参考书，也可作为研究生教材。
与地球轨道航天器相比，深空探测器的飞行距离更远、运行时间更长、任务环境更复杂，因此，仅依赖地面测控网进行导航，在精度、实时性、可靠性等诸多方面受到限制，难以满足深空探测特殊任务阶段对高精度实时导航和轨道控制的要求。自主导航与控制技术是解决这些问题的有效途径，已实现的深空探测任务一般都具有一定的自主控制能力。目前发展的深空探测自主控制主要是以光学成像测量为基础的自主导航和自主轨道控制技术。
本书深入系统地介绍了基于光学成像测量的深空探测自主控制原理、方法、技术和应用问题。全书内容分为4部分，共12章。第一部分是基本概念和基本原理，其中第1章为绪论，介绍了自主控制的基本概念，综述了自主控制在深空探测中的发展历程和技术特点；第2章介绍了基于光学成像测量的自主控制基本原理。第二部分主要介绍光学成像自主导航的基本技术和方法，具体涉及导航信息的获取和导航参数的估计问题，包括第3~6章，对于导航信息的获取问题，研究了导航天体选取与规划方法、导航天体光学图像处理方法；对于导航参数的估计问题，研究了自主导航系统可观性分析方法、自主导航滤波与信息融合方法。第三部分包括第7~11章，将前两部分的研究成果应用到深空探测日心转移轨道段、接近轨道段、环绕轨道段和撞击轨道段中，主要研究了各个任务阶段的自主导航方案以及相应的自主导航、制导与控制技术，此外，还介绍了基于光学成像测量的自主导航数学仿真和半物理仿真试验技术。第四部分即第12章，是对全书的总结和对技术发展趋势的展望。
本书是作者近十年来在从事深空探测自主导航与控制技术研究的基础上，结合该领域的最新进展，总结相关课题的研究成果而成，内容集基本原理与方法、系统设计和试验技术于一体，反映了本领域的研究前沿和技术发展趋势。本书既可作为航天科研人员和工程技术人员的参考书，也可作为相关专业的研究生教材。
本书成稿过程中，得到了空间智能控制技术重点实验室深空探测制导、导航与控制技术研究团队的大力支持，其中李骥、熊凯、毛晓艳、张晓文等参与了本书部分内容的编写和图文整理工作，张晓文、毛晓艳、郝云彩、褚永辉、朱志斌和张斌等承担了部分仿真试验和数据整理工作。
衷心感谢吴宏鑫院士、李铁寿研究员对本书给予的指导，以及李果研究员、刘良栋研究员和何英姿研究员对本书提出的宝贵意见。中国宇航出版社张铁钧副社长为本书的出版做了大量工作，在此一并致谢。
本书涉及的研究工作得到了国家863计划、国家973计划、基础科研、民用航天、国家自然科学基金、北京控制工程研究所和空间智能控制技术重点实验室的大力支持，本书的出版得到了“航天科技图书出版基金”的资助，作者在此表示衷心感谢。
深空探测技术发展迅速，加上作者水平所限，难以全面、完整地就深空探测自主控制技术的研究前沿一一深入探讨。书中错误及不当之处，恳请读者批评指正。
作者
2012年7月于北京
第1章 绪论
1.1 制导、导航与控制
1.1.1 基本概念
1.1.2 自主控制技术
1.2 深空探测自主控制的典型任务
1.2.1 月球探测自主控制技术
1.2.2 行星探测自主控制技术
1.2.3 小行星及彗星探测自主控制技术
1.3 本书的主要内容
参考文献
第2章 光学成像自主导航与控制基本原理
2.1 参考坐标系及坐标变换
2.1.1 参考坐标系的定义
2.1.2 坐标系之间的变换
2.2 时间系统
2.2.1 时间系统的定义
2.2.2 儒略日的定义及转换
2.3 导航天体星历
2.3.1 高精度天体星历计算
2.3.2 简单天体星历计算
2.4 航天器轨道动力学模型
2.4.1 轨道摄动模型
2.4.2 轨道动力学方程
2.4.3 深空探测器轨道动力学模型
2.5 光学成像自主导航
2.5.1 基本原理
2.5.2 导航天体的选取与规划
2.5.3 导航天体图像的处理方法
2.5.4 观测方程和状态方程的建立
2.5.5 导航滤波算法的选择
2.6 自主轨道控制方法
2.6.1 基于B平面参数的自主中途修正方法
2.6.2 接近目标天体的自主轨道规划方法
2.7 小结
参考文献
第3章 导航天体选取与规划方法
3.1 导航天体类型及其特点
3.1.1 行星轨道与光学特性
3.1.2 行星卫星轨道与光学特性
3.1.3 小行星轨道与光学特性
3.2 导航天体选取标准
3.2.1 太阳相角标准
3.2.2 视星等标准
3.2.3 视运动标准
3.2.4 三星概率标准
3.2.5 深空探测器与天体距离标准
3.3 导航天体最优组合选取方法
3.3.1 精度衰减因子
3.3.2 基于PDOP的导航天体最优组合选取方法
3.4 导航天体观测序列规划方法
3.4.1 导航天体观测序列优化标准
3.4.2 基于遗传算法的导航天体观测序列规划方法
3.4.3 基于蚁群优化算法的导航天体观测序列规划
方法
3.5 小结
参考文献
第4章 导航天体光学图像处理方法
4.1 光学测量原理
4.1.1 光学成像模型
4.1.2 平移及旋转变换
4.2 星点和星迹图像处理
4.2.1 星点光学成像特点
4.2.2 星点图像的处理方法
4.2.3 星迹图像的处理方法
4.3 规则天体图像处理
4.3.1 规则天体光学成像特点
4.3.2 规则面目标图像处理算法的基本原理
4.3.3 图像算法的处理过程
4.3.4 仿真实例
4.4 不规则天体图像处理
4.4.1 不规则天体光学成像特点
4.4.2 目标分割方法
4.4.3 中心提取方法
4.4.4 仿真实例
4.5 小结
参考文献
第5章 自主导航系统可观性分析方法
5.1 线性系统的可观性
5.1.1 线性定常系统的可观性
5.1.2 线性时变系统的可观性
5.2 非线性系统的可观性
5.2.1 非线性系统可观性定义及判据
5.2.2 基于奇异值分解的可观性分析
5.3 自主导航系统的可观度
5.3.1 自主导航系统可观度分析
5.3.2 状态可观度分析
5.4 小结
参考文献
第6章 自主导航滤波与信息融合方法
6.1 基于确定性模型的滤波算法
6.1.1 最小二乘算法
6.1.2 卡尔曼滤波算法
6.1.3 扩展卡尔曼滤波算法
6.2 基于不确定模型的滤波方法
6.2.1 鲁棒滤波问题描述
6.2.2 鲁棒滤波算法设计
6.2.3 改进的鲁棒滤波性能分析
6.2.4 基于无模型加速度估计的自适应导航滤波算法
6.3 基于信息融合的深空探测自主导航
6.3.1 多源测量信息融合基本概念
6.3.2 基于光学成像测量和X射线脉冲星的自主导航
6.3.3 多源信息融合的组合导航性能分析
6.4 小结
参考文献
第7章 日心转移轨道段的自主导航与制导
7.1 日心转移轨道段自主导航与制导方案
7.1.1 系统组成与功能
7.1.2 导航敏感器
7.1.3 执行机构
7.2 日心转移轨道段自主导航技术
7.2.1 导航图像处理
7.2.2 导航观测方程
7.2.3 导航状态方程
7.2.4 导航参数的滤波估计
7.3 日心转移轨道段自主制导技术
7.3.1 采用速度脉冲控制的中途轨道修正方法
7.3.2 采用小推力连续控制的中途轨道修正方法
7.4 应用实例
7.5 小结
参考文献
第8章 接近轨道段的自主导航与轨道
控制
8.1 接近轨道段自主导航与轨道控制方案
8.1.1 系统组成与功能
8.1.2 导航敏感器
8.1.3 执行机构
8.2 接近轨道段自主导航技术
8.2.1 接近大天体
8.2.2 接近小天体
8.3 接近轨道段自主轨道控制技术
8.3.1 基于B平面的制导方法
8.3.2 自主轨道规划
8.4 应用实例
8.4.1 接近大天体过程的自主导航与轨道控制
8.4.2 接近小天体过程的自主导航与轨道控制
8.5 小结
参考文献
第9章 环绕轨道段的自主导航与轨道控制
9.1 环绕轨道段自主导航与轨道控制方案
9.1.1 系统组成与功能
9.1.2 导航敏感器
9.1.3 执行机构
9.2 环绕轨道段自主导航技术
9.2.1 环绕大天体自主导航
9.2.2 环绕小天体自主导航
9.3 环绕轨道段自主轨道控制技术
9.3.1 环绕轨道段轨道控制数学模型
9.3.2 半长轴和偏心率联合控制
9.3.3 轨道倾角控制
9.3.4 近天体点高度控制
9.4 应用实例
9.4.1 环绕火星探测任务的应用
9.4.2 环绕爱神小行星探测任务的应用
9.5 小结
参考文献
第10章 撞击轨道段的自主导航与制导
10.1 撞击轨道段自主导航与制导方案
10.1.1 系统组成与功能
10.1.2 导航敏感器
10.1.3 执行机构
10.2 撞击轨道段自主导航技术
10.2.1 自主导航图像处理
10.2.2 自主轨道确定
10.3 轨道机动
10.3.1 比例导引
10.3.2 预测制导
10.4 观测序列规划
10.4.1 撞击时间的计算
10.4.2 拍照终止时间计算
10.4 3序列规划
10.5 应用实例
10.6 小结
参考文献
第11章 基于光学成像测量的自主导航地面试验
11.1 基于光学成像测量的数学仿真验证技术
11.1.1 静态星点成像仿真
11.1.2 动态星迹成像仿真
11.1.3 面目标成像仿真
11.1.4 仿真实例
11.2 转移轨道段自主导航半物理仿真试验
11.2.1 试验方案
11.2.2 试验系统组成
11.2.3 试验系统数据接口与信息流程
11.2.4 试验实例
11.2.5 外场观星试验
11.3 环绕轨道段自主导航半物理仿真试验
11.3.1 试验方案
11.3.2 试验系统组成
11.3.3 试验实例
11.4 小结
参考文献
第12章 深空探测自主控制发展展望
参考文献
全书缩略语和专有名词对照表
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