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內容簡介

《深空探測天文導航原理與方法》係統闡述瞭深空探測天文自主導航的原理、方法、實現途徑以及地麵實驗係統。《深空探測天文導航原理與方法》共6章：第1章介紹深空探測天文導航的基本概念；第2章介紹天文導航的基礎知識和基本原理；第3章分彆針對深空測角、測距、測速三類自主導航方法進行係統論述；第4章介紹組閤自主導航，給齣不同的天文組閤自主導航方法，對導航係統的可觀測性、組閤導航信息融閤、誤差傳播機理、導航濾波算法及誤差處理等進行論述；第5章介紹深空天文自主導航的實現技術；第6章介紹並分析天文導航係統數學仿真、天文導航目標源模擬方法、地麵半物理實驗係統等。

目錄

目錄
序言
前言
第1章 緒論 1
1.1 深空定義 1
1.2 導航定義 1
1.3 深空間環境特點 5
第2章 深空探測天文導航原理 12
2.1 引言 12
2.2 時間係統 12
2.2.1 時間基準 12
2.2.2 時間基準轉換 16
2.3 空間係統 17
2.3.1 空間基準 18
2.3.2 空間基準轉換 21
2.4 天體星曆 24
2.4.1 恒星星錶 24
2.4.2 行星星曆 25
2.4.3 小行星星曆 26
2.4.4 脈衝星星曆 27
2.5 軌道動力學建模 28
2.5.1 行星引力影響範圍 28
2.5.2 飛行階段定義 31
2.5.3 近地段動力學模型 32
2.5.4 巡航段動力學模型 33
2.5.5 捕獲段動力學模型 34
2.5.6 環繞段軌道動力學 36
2.5.7 EDL過程動力學模型 36
2.5.8 平動點軌道動力學模型 46
2.5.9 不規則小天體附近軌道動力學 50
2.5.10 大氣氣動捕獲軌道動力學模型 57
2.5.11 大氣氣動減速軌道動力學模型 58
2.6 天文導航原理 60
2.6.1 天文測角導航原理 60
2.6.2 天文測距導航原理 63
2.6.3 天文測速導航原理 65
2.6.4 天文組閤導航原理 68
2.7 天文導航相對論效應 70
第3章 深空探測天文自主導航的基本方法 72
3.1 引言 72
3.2 天文測角導航方法 73
3.2.1 測角導航流程 73
3.2.2 導航天體特性與選取 74
3.2.3 導航圖像感知與檢測 80
3.2.4 測角導航數學模型 89
3.3 天文測距導航方法 91
3.3.1 測距導航流程 91
3.3.2 脈衝星特性及選取 91
3.3.3 導航脈衝信號處理 93
3.3.4 測距導航數學模型 95
3.4 天文測速導航方法 96
3.4.1 測速導航流程 96
3.4.2 導航光譜特徵與選取 96
3.4.3 導航光譜精細認證 103
3.4.4 測速導航數學模型 104
3.5 導航係統可觀性分析 105
3.5.1 可觀測性 106
3.5.2 可觀測階數 108
3.5.3 可觀測度 109
3.6 導航完備性 112
3.6.1 GNSS完備性 112
3.6.2 天文導航完備性 112
3.6.3 測速觀測量對完備性的影響 113
3.6.4 導航完備性與可觀測性的聯係與區彆 114
3.7 導航係統濾波估計方法 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 自適應濾波 125
3.7.5 粒子濾波 127
3.7.6 智能濾波 128
3.8 導航係統誤差分析 129
3.8.1 導航模型誤差 130
3.8.2 導航源端誤差 132
3.8.3 儀器誤差 137
3.8.4 數據處理誤差 141
第4章 深空探測天文組閤自主導航方法 145
4.1 引言 145
4.2 測角測速組閤導航 145
4.2.1 總體方案 145
4.2.2 數學模型 146
4.3 測角測距組閤導航 149
4.3.1 總體方案 149
4.3.2 數學模型 150
4.4 測速測距組閤導航 153
4.4.1 總體方案 153
4.4.2 數學模型 153
4.5 測角測距測速組閤導航 154
4.5.1 總體方案 154
4.5.2 數學模型 154
4.6 組閤導航可觀性分析 155
4.7 組閤導航信息融閤方法 158
4.7.1 組閤導航信息融閤特點 159
4.7.2 組閤導航信息融閤係統結構 160
4.7.3 基於聯邦濾波的信息融閤方法 161
4.8 組閤導航數據相關性分析 166
4.8.1 子濾波器估計不相關時的信息融閤 167
4.8.2 子濾波器估計相關時的信息融閤 170
第5章 深空天文自主導航實現技術 175
5.1 引言 175
5.2 光學影像天文測角導航敏感器 176
5.2.1 基本原理 176
5.2.2 組成及功能 179
5.2.3 應用範圍 181
5.3 X射綫脈衝星天文測距導航敏感器 181
5.3.1 基本原理 181
5.3.2 組成及功能 183
5.3. 3應用範圍 184
5.4 空間外差乾涉測速導航敏感器 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 應用範圍 195
5.5 色散定差乾涉測速導航敏感器 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 應用範圍 201
5.6 原子鑒頻測速導航敏感器 201
5.6.1 基本原理 201
5.6.2 組成與功能 208
5.6.3 應用範圍 208
5.7 深空天文自主導航計算機 208
5.7.1 基本原理 210
5.7.2 組成及功能 210
5.7.3 應用範圍 211
第6章 數學仿真與半物理實驗 212
6.1 引言 212
6.2 數學仿真 212
6.2.1 數學仿真模型 212
6.2.2 測角測速導航仿真 213
6.2.3 測角測距導航仿真 218
6.2.4 測速測距導航仿真 219
6.2.5 可觀測度仿真 220
6.3 導航目標源模擬 222
6.3.1 測角目標源模擬 223
6.3.2 測距目標源模擬 235
6.3.3 測速目標源模擬 239
6.4 航天器軌道模擬 243
6.4.1 軌道動力學模擬 244
6.4.2 多自由度運動平颱 244
6.5 航天器姿態模擬 245
6.5.1 姿態動力學模擬 245
6.5.2 姿態狀態模擬 247
6.5.3 姿態誤差模擬 248
6.6 深空環境模擬 249
6.6.1 超真空環境模擬 249
6.6.2 深冷環境模擬 250
6.6.3 空間外熱流環境模擬 251
6.6.4 粒子輻照環境模擬 252
6.6.5 微重力模擬 253
6.7 地麵半物理實驗係統 254
6.7.1 係統功能 254
6.7.2 係統組成 254
6.7.3 係統方案 255
6.7.4 係統連接 256
6.7.5 實驗流程 258
參考文獻 259
附錄
天文測速導航源恒星光譜 268
縮略語和專有名詞 272
國際單位製基本單位 274
常用變量符號說明 275
用於構成十進倍數和分數單位的詞頭 278
彩圖
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