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内容简介

　　《探测、制导与控制专业导论》是一本有关航天器控制系统设计的入门读物，也是系统地介绍“探测、制导与控制”专业的先导教材。全书共10章，主要讲述这个专业的知识体系结构、课程设置和各门课程之间的关系，让读者了解从进入大学到毕业实习等各个阶段的课程安排；并对自动控制理论的发展现状和相关科学家事迹、航天器控制系统实验台、航天器自主与智能控制的应用情况、卫星导航原理及应用进行了详尽地介绍；在此基础上，还讲述了惯性导航和制导原理、航天器姿态控制系统设计、航天器总体设计等知识。同时，《探测、制导与控制专业导论》还叙述了美英教育体制中与本专业相对应的专业，为以后有留学想法的学生提供指南性的指导。《探测、制导与控制专业导论》视角新颖、内容丰富，具有可以影响读者一生的价值。
　　《探测、制导与控制专业导论》可作为高中生在面临选择大学就读专业时的参考资料，也是一本涉及航天知识的科普读物，更是“探测、制导与控制专业”课程的参考教材。

目录

第1章 绪论
1.1 “探测、制导与控制”的概念
1.1.1 对“专业”概念的理解
1.1.2 为什么说“探测、制导与控制”是个很好的专业
1.1.3 专业术语介绍
1.2 透过“自动化”演变看“探测、制导与控制”的内涵
1.2.1 自动化专业的产生和演变过程
1.2.2 “探测、制导与控制”专业的产生
1.2.3 图解“探测、制导与控制”专业两个大的培养人才方向
1.3 学科的知识结构
1.3.1 “控制科学与工程”学科（一级）的历史
1.3.2 “导航、制导与控制”学科（二级）的特点
1.3.3 “导航、制导与控制”学科业务范围
1.3.4 主要相关学科
1.4 “探测、制导与控制”专业学生的就业与出国继续深造
1.5 本专业、信息专业及自动化专业的关系
1.5.1 自动化专业与信息专业的关系
1.5.2 “探测、制导与控制”专业与自动化专业的关系

第2章 “探测、制导与控制”专业的知识结构体系
2.1 名称解释
2.2 一般工科课程的类型
2.2.1 通识课
2.2.2 基础课
2.2.3 专业基础课
2.2.4 专业课
2.2.5 选修课与必修课
2.3 “探测、制导与控制”专业的课程设置
2.3.1 “探测、制导与控制”专业的核心课程
2.3.2 “探测、制导与控制”专业的特色课程
2.3.3 “探测、制导与控制”专业的必修课程
2.3.4 “探测、制导与控制”专业的选修课程
2.4 探测制导与控制技术专业本科教学计划安排
2.5 探测制导与控制技术专业教学内容的相关性
2.6 “探测、制导与控制”专业的知识体系构建
2.6.1 核心问题分析
2.6.2 控制系统的结构框图分析
2.6.3 知识体系的构建与分析

第3章 自动控制的发展历史及在航天器中的应用
3.1 我国古代自动控制装置及其成就
3.2 经典控制理论的诞生和发展历程
3.2.1 自动控制技术的早期发展
3.2.2 经典自动控制基本理论的发展简史
3.2.3 历史上的3本重要著作
3.3 现代控制理论的发展
3.4 智能控制理论的发展
3.4.1 递阶智能控制
3.4.2 专家智能控制
3.4.3 模糊智能控制
3.4.4 神经网络智能控制
3.4.5 学习控制系统
3.4.6 定性控制理论
3.4.7 遗传算法与控制理论结合
3.5 智能控制理论在航天器中的应用情况分析
3.5.1 自主和智能的概念
3.5.2 航天器的智能水平
3.5.3 应用的复杂度
3.5.4 任务操作功能
3.5.5 应用位置
3.5.6 任务类型
3.5.7 结论

第4章 认识惯导和制导
4.1 什么是惯性制导
4.1.1 对导弹制导的要求
4.1.2 控制制导
4.1.3 惯性制导
4.2 弹道导弹的惯性制导
4.2.1 什么是弹道
4.2.2 发射阶段的惯性制导
4.2.3 熄火点速度的精度
4.2.4 在火箭中采用惯性制导
4.3 工作原理
4.4 坐标系和地球的影响
4.4.1 参考系
4.4.2 导航坐标系
4.4.3 参考点
4.4.4 初始对准
4.4.5 地球的影晌
4.4.6 重力加速度的定义及其与质量的关系
4.4.7 开普勒轨道
4.4.8 计算机的作用
4.4.9 地球形状的影响
4.4.10 用重力校准加速度计
4.4.11 地球自转的影晌
4.5 惯性敏感元件
4.5.1 陀螺仪
4.5.2 加速度计
4.6 惯性测量装置
4.6.1 引言
4.6.2 稳定平台
4.7 制导计算机
4.7.1 导航回路
4.7.2 重复循环
4.7.3 制导计算

第5章 认识航天器控制系统
5.1 ACS的主要任务及功能
5.2 ACS的工作原理
5.3 姿态控制的技术手段
5.3.1 被动式
5.3.2 主动式
5.3.3 混合式（半主动式）
5.3.4 3轴稳定
5.4 姿态控制系统的部件
5.4.1 力矩控制闭环回路
5.4.2 推进器
5.4.3 磁力矩器
5.4.4 反作用轮
5.5 小结

第6章 航天器地面仿真试验台
6.1 引言
6.2 平面系统
6.3 旋转系统
6.3.1 桌面型和伞型转台
6.3.2 哑铃型转台
6.4 组合系统
6.5 载人航天飞行
6.6 设备改进
6.7 小结

第7章 航天器设计过程
7.1 航天器基本设计方法
7.2 航天器的设计过程
7.3 航天器工程的设计极限
7.4 航天器总体设计实例
7.4.1 通信卫星
7.4.2 遥感卫星
7.4.3 天文观测
7.4.4 行星探索

第8章 航天器组成
8.1 推进系统
8.1.1 轨道转移
8.1.2 轨道和姿态控制
8.1.3 航天器推进技术
8.2 电源子系统
8.3 通信子系统
8.4 星上数据管理系统
8.5 热控系统
8.6 结构子系统
8.7 小结

第9章 认识航天器测控及毕业实习
9.1 概述
9.2 航天测控网的组成
9.3 航天测控网的分类及系统特点
9.3.1 航天测控网的分类
9.3.2 航天测控网的特点
9.4 工作原理
9.5 测控网的节点
9.6 中国航天测控能力已经延伸至月球
9.7 当代大学生在海上测控网实习的感受
9.7.1 南航实习内容
9.7.2 学生实习日记的一览
9.7.3 对毕业实习的若干问题的认识与启示

第10章 卫星导航应用与北斗杯
10.1 GPS卫星导航系统
10.1.1 GPS卫星导航系统的简介
10.1.2 GPS卫星导航系统的现状及发展趋势
10.1.3 GPS现代化的设想
10.1.4 GPS-Ⅲ计划
10.2 GLONASS卫星导航系统
10.2.1 GLONASS星座
10.2.2 地面支持系统
10.3 欧洲“伽利略”卫星导航定位系统
10.4 “北斗”卫星导航系统的状况
10.4.1 “北斗”卫星导航系统的发展历程
10.4.2 “北斗”二号导航系统的组成
10.4.3 “北斗”二号导航系统的功能
10.4.4 “北斗”卫星系统已获国际认可
10.5 日本和印度的卫星导航系统
10.6 卫星导航系统在精确制导武器方面的应用分析
10.7 卫星导航系统在精确制导武器方面的应用模式
10.7.1 卫星制导技术的应用特征概述
10.7.2 GPS／INS制导方式逐渐处于主导地位
10.7.3 GPS／INS组合制导的方式
10.7.4 卫星导航在精确制导武器方面应用的优缺点
10.8 卫星导航系统在民用领域的新颖应用
10.9 “北斗杯”全国青少年科技创新大赛介绍
10.10 参赛作品范例

附录 航天控制专业英语试读
附录A 导航技术发展历程
附录B 飞往崎岖星球的导航之路
参考文献

精彩书摘

　　《探测、制导与控制专业导论》：
　　3.4.7遗传算法与控制理论结合
　　遗传算法（GeneticAlgorithm）作为一种解决复杂问题的有效方法，最初是由美国密执安大学的约翰·霍兰德教授于1975年提出。遗传算法的基本思想基于达尔文的进化论和孟德尔的遗传学说。遗传算法通过将问题转换成由染色体组成的进化群体和对该群体进行操作的一组遗传算子（最基本的3个遗传算子是复制、交叉和突变），通过“适者生存，不适者淘汰”的进化机制，经过“生成——评价——选择——操作”的进化过程反复进行，直到搜索到最优解为止。当前，遗传算法用于自动控制主要是进行系统参数辨识、控制参数在线优化、神经网络中的学习等。虽然遗传算法与控制理论的结合有其突出的特点，但是，由于它目前还不能满足控制系统实时性的要求，所以影响了它的实际应用。
　　3.5智能控制理论在航天器中的应用情况分析
　　伴随着网络时代的到来，以计算机为基础的人工智能技术和应用不断深化和扩展。20世纪末，我国著名科学家、“863”高技术倡导者杨嘉墀院士曾对发展航天器智能化设计和自主化设计进行了分析，并提出了几个关键技术领域：飞行器智能控制、自主导航和轨道控制、飞行器故障诊断与系统自重构等研究方向。经过近20多年的发展，人工智能技术在航天器中的应用不断深化和扩展，从目前NASA网站材料分析看，智能技术在航天器中的应用模式主要包括“战略、研发和应用”3个层面。在《探测、制导与控制专业导论》参考的来自NASA的一份报告的数据中，分析了人工智能在航天器系统工程的应用情况，提出了未来的发展建议。
　　3.5.1自主和智能的概念
　　关于智能技术在航天器中的应用主要包括两种模式，即“自主模式”和“智能模式”，或者是两者兼备（即“自主”和“智能”结合的模式）。
　　自主航天器是指在没有人参与的情况下，对外部的输入做出反应并执行任务操作。简单地说，如果航天器的输入信息是由操作环境自动生成，然后再做出反应，这就是一个自主航天器。具有自主思维的航天器能够针对外部环境做出反应，并确定自身动作来达到任务目标。一个典型的例子就是自主科学实验（Autonomous Sciencecraft Experiment，ASE），其2003年起就搭载在NASA地球观测卫星1号上进行实验。ASE软件使E0一1能够自主地检测和响应，并利用分类算法对E0.1星载相机采集的图像进行分析，自主检测出图像的变化，然后自主地规划其飞行任务。
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前言/序言

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