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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.1.1 深空与深空探测1

1.1.2 深空探测典型任务1

1.2 深空探测器的导航问题4

1.2.1 探测器导航与测控4

1.2.2 探测器制导与控制6

1.3 深空探测器自主导航7

1.4 本书主要内容11

参考文献12

第2章 自主导航模型与方法14

2.1 动力学系统模型14

2.1.1 坐标系与时间系统14

2.1.2 轨道动力学方程20

2.2 导航观测模型24

2.2.1 近天体视线角测量模型24

2.2.2 夹角信息测量模型24

2.2.3 径向速度测量模型24

2.2.4 距离测量模型25

2.2.5 脉冲星测量模型25

2.3 导航敏感器26

2.3.1 光学敏感器26

2.3.2 惯性测量单元31

2.3.3 测距测速敏感器31

2.3.4 可变辐射信号敏感器31

2.4 导航几何分析法32

2.4.1 导航位置面32

2.4.2 探测器位置确定33

2.4.3 探测器姿态确定35

2.4.4 天体特性参数确定36

2.5 探测器自主轨道确定38

2.5.1 自主轨道确定原理38

2.5.2 自主轨道确定方法40

参考文献49

第3章 自主导航系统性能分析51

3.1 自主导航系统的可观性分析51

3.1.1 自主导航系统可观性判别51

3.1.2 自主导航系统可观性度量70

3.2 自主导航系统的非线性强度分析84

3.2.1 非线性强度定义84

3.2.2 非线性强度判别84

3.3 自主导航系统的稳定性分析85

3.4 自主导航系统的精度分析87

3.4.1 状态误差椭圆87

3.4.2 状态误差传递89

3.4.3 导航系统的误差界90

参考文献97

第4章 自主导航信息处理98

4.1 星际巡航段信息处理98

4.1.1 星际巡航段导航信息特点98

4.1.2 星际巡航段导航信息处理98

4.1.3 暗弱星点拖曳图像中心特征提取99

4.2 接近交会段信息处理100

4.2.1 接近交会段导航信息特点100

4.2.2 接近交会段导航信息处理100

4.2.3 不规则目标天体几何形心获取100

4.3 环绕伴飞段信息处理102

4.3.1 环绕伴飞段导航信息特点102

4.3.2 环绕伴飞段导航信息处理103

4.3.3 复杂形貌特征鲁棒识别匹配103

4.4 下降着陆段信息处理105

4.4.1 下降着陆段导航信息特点105

4.4.2 下降着陆段导航信息处理106

4.4.3 星表形貌识别与着陆点确定106

参考文献140

第5章 星际巡航段自主导航142

5.1 星际巡航任务特点142

5.2 星际巡航段自主导航方法142

5.2.1 小行星筛选与规划142

5.2.2 多小行星图像自主导航方法145

5.3 巡航姿态机动规划与控制153

5.3.1 姿态机动规划与控制问题153

5.3.2 单轴随机扩展大角度机动规划154

5.3.3 多约束下姿态机动规划与控制157

参考文献160

第6章 接近交会段自主导航与制导161

6.1 接近交会任务特点161

6.2 接近交会段自主导航方法161

6.2.1 地面辅助的光学导航方法161

6.2.2 目标天体图像自主导航方法169

6.3 接近交会段自主制导方法172

6.3.1 自主交会比例制导方法172

6.3.2 自主交会预测制导方法177

参考文献186

第7章 环绕伴飞段自主导航187

7.1 环绕伴飞任务特点187

7.2 目标天体导航特征库构建方法187

7.2.1 序列图像观测模型187

7.2.2 弱透视近似透视投影变换189

7.2.3 基于因式分解算法的三维重构及状态估计189

7.2.4 丢失及新增特征点的处理191

7.2.5 不确定性分析192

7.2.6 实例应用与分析193

7.3 环绕伴飞段自主导航方法196

7.3.1 目标天体物理参数估计方法196

7.3.2 目标天体特征自主导航方法209

参考文献219

第8章 下降着陆段自主导航与制导220

8.1 下降着陆任务特点220

8.2 下降着陆段自主导航方法221

8.2.1 多特征图像光学导航方法221

8.2.2 三矢量信息组合导航方法232

8.3 下降着陆段自主制导方法236

8.3.1 多项式制导算法236

8.3.2 能量最优制导算法239

8.3.3 多约束着陆轨迹优化方法241

8.3.4 路径点优化反馈制导算法245

参考文献248

第9章 自主导航与制导系统仿真250

9.1 仿真系统的功能与结构250

9.1.1 仿真系统设计250

9.1.2 数学仿真系统255

9.1.3 半物理仿真系统273

9.2 小天体撞击自主导航与制导半物理仿真279

9.2.1 小天体撞击任务分析279

9.2.2 仿真系统设计279

9.2.3 典型任务仿真实例282

9.3 小天体附着自主导航与制导半物理仿真284

9.3.1 小天体附着任务分析284

9.3.2 仿真系统设计286

9.3.3 典型任务仿真实例289

9.4 火星着陆自主导航与制导数学仿真291

9.4.1 火星着陆任务分析291

9.4.2 仿真系统设计291

9.4.3 典型任务仿真实例296

参考文献304