目錄
序言
前言
第1章 緒論 1
1.1 深空定義 1
1.2 導(dǎo)航定義 1
1.3 深空間環(huán)境特點 5
第2章 深空探測天文導(dǎo)航原理 12
2.1 引言 12
2.2 時間系統(tǒng) 12
2.2.1 時間基準(zhǔn) 12
2.2.2 時間基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換 16
2.3 空間系統(tǒng) 17
2.3.1 空間基準(zhǔn) 18
2.3.2 空間基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換 21
2.4 天體星歷 24
2.4.1 恒星星表 24
2.4.2 行星星歷 25
2.4.3 小行星星歷 26
2.4.4 脈沖星星歷 27
2.5 軌道動力學(xué)建模 28
2.5.1 行星引力影響范圍 28
2.5.2 飛行階段定義 31
2.5.3 近地段動力學(xué)模型 32
2.5.4 巡航段動力學(xué)模型 33
2.5.5 捕獲段動力學(xué)模型 34
2.5.6 環(huán)繞段軌道動力學(xué) 36
2.5.7 EDL過程動力學(xué)模型 36
2.5.8 平動點軌道動力學(xué)模型 46
2.5.9 不規(guī)則小天體附近軌道動力學(xué) 50
2.5.10 大氣氣動捕獲軌道動力學(xué)模型 57
2.5.11 大氣氣動減速軌道動力學(xué)模型 58
2.6 天文導(dǎo)航原理 60
2.6.1 天文測角導(dǎo)航原理 60
2.6.2 天文測距導(dǎo)航原理 63
2.6.3 天文測速導(dǎo)航原理 65
2.6.4 天文組合導(dǎo)航原理 68
2.7 天文導(dǎo)航相對論效應(yīng) 70
第3章 深空探測天文自主導(dǎo)航的基本方法 72
3.1 引言 72
3.2 天文測角導(dǎo)航方法 73
3.2.1 測角導(dǎo)航流程 73
3.2.2 導(dǎo)航天體特性與選取 74
3.2.3 導(dǎo)航圖像感知與檢測 80
3.2.4 測角導(dǎo)航數(shù)學(xué)模型 89
3.3 天文測距導(dǎo)航方法 91
3.3.1 測距導(dǎo)航流程 91
3.3.2 脈沖星特性及選取 91
3.3.3 導(dǎo)航脈沖信號處理 93
3.3.4 測距導(dǎo)航數(shù)學(xué)模型 95
3.4 天文測速導(dǎo)航方法 96
3.4.1 測速導(dǎo)航流程 96
3.4.2 導(dǎo)航光譜特征與選取 96
3.4.3 導(dǎo)航光譜精細(xì)認(rèn)證 103
3.4.4 測速導(dǎo)航數(shù)學(xué)模型 104
3.5 導(dǎo)航系統(tǒng)可觀性分析 105
3.5.1 可觀測性 106
3.5.2 可觀測階數(shù) 108
3.5.3 可觀測度 109
3.6 導(dǎo)航完備性 112
3.6.1 GNSS完備性 112
3.6.2 天文導(dǎo)航完備性 112
3.6.3 測速觀測量對完備性的影響 113
3.6.4 導(dǎo)航完備性與可觀測性的聯(lián)系與區(qū)別 114
3.7 導(dǎo)航系統(tǒng)濾波估計方法 116
3.7.1 最小二乘估計 116
3.7.2 最小方差估計 117
3.7.3 卡爾曼濾波 118
3.7.4 自適應(yīng)濾波 125
3.7.5 粒子濾波 127
3.7.6 智能濾波 128
3.8 導(dǎo)航系統(tǒng)誤差分析 129
3.8.1 導(dǎo)航模型誤差 130
3.8.2 導(dǎo)航源端誤差 132
3.8.3 儀器誤差 137
3.8.4 數(shù)據(jù)處理誤差 141
第4章 深空探測天文組合自主導(dǎo)航方法 145
4.1 引言 145
4.2 測角測速組合導(dǎo)航 145
4.2.1 總體方案 145
4.2.2 數(shù)學(xué)模型 146
4.3 測角測距組合導(dǎo)航 149
4.3.1 總體方案 149
4.3.2 數(shù)學(xué)模型 150
4.4 測速測距組合導(dǎo)航 153
4.4.1 總體方案 153
4.4.2 數(shù)學(xué)模型 153
4.5 測角測距測速組合導(dǎo)航 154
4.5.1 總體方案 154
4.5.2 數(shù)學(xué)模型 154
4.6 組合導(dǎo)航可觀性分析 155
4.7 組合導(dǎo)航信息融合方法 158
4.7.1 組合導(dǎo)航信息融合特點 159
4.7.2 組合導(dǎo)航信息融合系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 160
4.7.3 基于聯(lián)邦濾波的信息融合方法 161
4.8 組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)相關(guān)性分析 166
4.8.1 子濾波器估計不相關(guān)時的信息融合 167
4.8.2 子濾波器估計相關(guān)時的信息融合 170
第5章 深空天文自主導(dǎo)航實現(xiàn)技術(shù) 175
5.1 引言 175
5.2 光學(xué)影像天文測角導(dǎo)航敏感器 176
5.2.1 基本原理 176
5.2.2 組成及功能 179
5.2.3 應(yīng)用范圍 181
5.3 X射線脈沖星天文測距導(dǎo)航敏感器 181
5.3.1 基本原理 181
5.3.2 組成及功能 183
5.3. 3應(yīng)用范圍 184
5.4 空間外差干涉測速導(dǎo)航敏感器 184
5.4.1 基本原理 184
5.4.2 組成及功能 190
5.4.3 理論精度分析 192
5.4.4 應(yīng)用范圍 195
5.5 色散定差干涉測速導(dǎo)航敏感器 196
5.5.1 基本原理 196
5.5.2 組成及功能 196
5.5.3 理論精度分析 198
5.5.4 應(yīng)用范圍 201
5.6 原子鑒頻測速導(dǎo)航敏感器 201
5.6.1 基本原理 201
5.6.2 組成與功能 208
5.6.3 應(yīng)用范圍 208
5.7 深空天文自主導(dǎo)航計算機 208
5.7.1 基本原理 210
5.7.2 組成及功能 210
5.7.3 應(yīng)用范圍 211
第6章 數(shù)學(xué)仿真與半物理實驗 212
6.1 引言 212
6.2 數(shù)學(xué)仿真 212
6.2.1 數(shù)學(xué)仿真模型 212
6.2.2 測角測速導(dǎo)航仿真 213
6.2.3 測角測距導(dǎo)航仿真 218
6.2.4 測速測距導(dǎo)航仿真 219
6.2.5 可觀測度仿真 220
6.3 導(dǎo)航目標(biāo)源模擬 222
6.3.1 測角目標(biāo)源模擬 223
6.3.2 測距目標(biāo)源模擬 235
6.3.3 測速目標(biāo)源模擬 239
6.4 航天器軌道模擬 243
6.4.1 軌道動力學(xué)模擬 244
6.4.2 多自由度運動平臺 244
6.5 航天器姿態(tài)模擬 245
6.5.1 姿態(tài)動力學(xué)模擬 245
6.5.2 姿態(tài)狀態(tài)模擬 247
6.5.3 姿態(tài)誤差模擬 248
6.6 深空環(huán)境模擬 249
6.6.1 超真空環(huán)境模擬 249
6.6.2 深冷環(huán)境模擬 250
6.6.3 空間外熱流環(huán)境模擬 251
6.6.4 粒子輻照環(huán)境模擬 252
6.6.5 微重力模擬 253
6.7 地面半物理實驗系統(tǒng) 254
6.7.1 系統(tǒng)功能 254
6.7.2 系統(tǒng)組成 254
6.7.3 系統(tǒng)方案 255
6.7.4 系統(tǒng)連接 256
6.7.5 實驗流程 258
參考文獻(xiàn) 259
附錄
天文測速導(dǎo)航源恒星光譜 268
縮略語和專有名詞 272
國際單位制基本單位 274
常用變量符號說明 275
用于構(gòu)成十進(jìn)倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位的詞頭 278
彩圖