深空探测航天器的制导控制技术

第1章　绪论　/ 1
1．1　基本概念　/ 2
1．1．1　制导、导航与控制　/ 2
1．1．2　深空探测　/ 3
1．2　深空探测典型任务中的制导控制技术　/ 4
1．2．1　月球探测中的制导控制技术　/ 4
1．2．2　火星探测中的制导控制技术　/ 15
1．3　本书的主要内容　/ 19
参考文献　/ 20

第2章　天体力学基础　/ 24
2．1　参考坐标系及坐标变换　/ 25
2．1．1　参考坐标系的定义　/ 25
2．1．2　坐标系之间的变换　/ 27
2．2　时间系统　/ 28
2．2．1　时间系统的定义　/ 28
2．2．2　儒略日的定义及转换　/ 30
2．3　航天器动力学模型　/ 31
2．3．1　中心体引力及形状摄动势函数　/ 31
2．3．2　其他摄动模型　/ 34
2．3．3　航天器动力学模型　/ 35
2．4　小结　/ 36
参考文献　/ 37

第3章　*优控制基础　/ 38
3．1　*优控制问题的提出　/ 39
3．2　变分法　/ 41
3．2．1　终端时刻tf给定　/ 41
3．2．2　终端时刻tf自由　/ 43
3．3　极小值原理　/ 46
3．4　*优控制的应用　/ 47
3．4．1　*优控制的应用类型　/ 47
3．4．2　应用实例　/ 49
3．5　小结　/ 51
参考文献　/ 52

第4章　星际转移和捕获中的制导和控制技术　/ 53
4．1　轨道动力学　/ 54
4．1．1　转移段　/ 54
4．1．2　接近和捕获段　/ 55
4．2　转移段制导控制方法　/ 55
4．2．1　基于B平面的脉冲式轨道修正方法　/ 55
4．2．2　连续推力轨道控制方法　/ 63
4．2．3　推力在轨标定技术　/ 65
4．3　接近和捕获过程的制导控制方法　/ 66
4．3．1　B平面制导方法　/ 66
4．3．2　自主轨道规划方法　/ 68
4．3．3　气动捕获技术　/ 76
4．4　应用实例　/ 80
4．4．1　转移段轨道修正　/ 81
4．4．2　接近段自主轨道规划　/ 82
4．5　小结　/ 83
参考文献　/ 84

第5章　月球软着陆的制导和控制技术　/ 85
5．1　月球软着陆任务特点分析　/ 86
5．2　月球着陆动力学　/ 88
5．2．1　坐标系统　/ 88
5．2．2　引力场和重力场　/ 91
5．2．3　动力学方程　/ 93
5．3　不含燃料约束的制导方法　/ 94
5．3．1　重力转弯闭环跟踪制导　/ 94
5．3．2　多项式制导　/ 100
5．4　燃料*优制导方法　/ 108
5．4．1　软着陆的*优制导问题　/ 108
5．4．2　标称轨迹法　/ 117
5．4．3　重力转弯*优制导方法　/ 128
5．4．4　显式制导方法　/ 137
5．5　定点着陆的*优制导方法　/ 147
5．5．1　定点着陆的*优控制问题　/ 147
5．5．2　基于显式制导的定点着陆制导　/ 151
5．6　应用实例　/ 155
5．7　小结　/ 160
参考文献　/ 160

第6章　火星进入过程的制导和控制技术　/ 162
6．1　火星进入任务特点分析　/ 163
6．1．1　火星进入环境特性分析　/ 163
6．1．2　火星进入舱气动力学特性分析　/ 165
6．1．3　火星进入制导方法特点分析　/ 165
6．2　基于标称轨迹设计的解析预测校正制导方法　/ 167
6．2．1　标称轨迹设计　/ 167
6．2．2　解析预测校正制导方法　/ 172
6．2．3　航向校正制导方法　/ 185
6．2．4　应用实例　/ 186
6．3　基于阻力剖面跟踪的鲁棒制导方法　/ 187
6．3．1　考虑不确定性的二阶阻力动力学模型　/ 188
6．3．2　阻力剖面跟踪鲁棒制导方法　/ 191
6．3．3　改进鲁棒制导方法　/ 193
6．3．4　应用实例　/ 195
6．4　小结　/ 197
参考文献　/ 197

第7章　高速返回地球再入过程的制导和控制技术　/ 199
7．1　高速返回再入动力学模型　/ 200
7．1．1　坐标系的建立　/ 200
7．1．2　坐标系间的转换矩阵　/ 201
7．1．3　矢量形式的动力学方程　/ 203
7．1．4　在半速度坐标系建立质心动力学方程　/ 204
7．2　高速返回再入任务特点和轨迹特性分析　/ 209
7．2．1　高速再入任务特点　/ 209
7．2．2　高速再入轨迹特点与分段　/ 211
7．2．3　高速再入轨迹各段的动力学特点　/ 212
7．2．4　高速再入的弹道特性与再入走廊分析　/ 215
7．2．5　参数偏差对高速再入过程量和着陆精度的影响　/ 218
7．3　标准轨道再入制导方法　/ 222
7．3．1　标准轨道制导方法概述　/ 222
7．3．2　标称轨道制导方法跳跃式再入问题分析　/ 224
7．3．3　基于Gauss伪谱法的参考轨迹优化设计　/ 225
7．3．4　基于数值预测校正方法的参考轨迹在线设计　/ 238
7．3．5　基于非线性预测控制方法的轨迹跟踪算法设计　/ 241
7．4　预测校正再入制导方法　/ 252
7．4．1　预测校正制导方法概述　/ 252
7．4．2　预测校正制导方法过载抑制问题分析　/ 254
7．4．3　开普勒段过载抑制算法　/ 256
7．4．4　融合制导算法　/ 258
7．4．5　应用实例　/ 259
7．5　小结　/ 267
参考文献　/ 268

第8章　制导控制技术的地面验证　/ 271
8．1　着陆避障试验　/ 272
8．1．1　悬吊试验——“LLRF” 　/ 273
8．1．2　自由飞试验——“睡神” 　/ 276
8．2　再入返回试验　/ 285
8．2．1　“嫦娥-5飞行试验器” 简介　/ 285
8．2．2　器舱组合介绍　/ 287
8．2．3　试验飞行过程　/ 290
8．3　小结　/ 294
参考文献　/ 294

第9章　深空探测航天器制导控制技术发展展望　/ 296
参考文献　/ 302

索引　/ 304