作者：翟光
页数：241页
出版社：北京理工大学出版社
出版日期：2020
ISBN：9787568281348
电子书格式：pdf/epub/txt
内容简介
本书是作者近年来在空间目标相对导航领域内相关研究成果的总结， 具有较好的实用性和针对性
作者简介
翟光，男，1979年生，2010年毕业于哈尔滨工业大学航天学院，获博士学位，现为北京理工大学宇航学院副教授，博士生导师。主要研究领域为航天器动力学与控制。近年来，围绕着星座及编队动力学与控制问题，承担国家自然科学基金青年项目、面上项目、军口863项目、重点实验室基金、航天创新基金等20余项2013年获“北京市青年英才计划”支持；迄今以第一兼通讯作者在Journal of Guidance, Control and Dynamics, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems、Acta Astronautica、《宇航学报》等高水平期刊发表学术SCI、EI检索论文30余篇。
本书特色
空间目标相对导航与滤波技术涉及到相对轨道动力学、测量敏感器、导航滤波等关键技术。根据空间目标和测量任务的不同，相对测量与导航任务所采用的敏感器、导航滤波算法等也不尽相同。航天器的相对动力学模型可以通过轨道动力学作差、一系列的坐标转换，最终得到追踪航天器轨道坐标系下的相对轨道动力学模型。航天器的相对运动会受到各种不确定性因素的影响，通常将不确定性因素视为噪声，并引入到动力学模型和测量模型中。此时有必要引入滤波器，从而提高状态估计的精度。此外，本书对远程目标天基光学探测、轨道非合作机动目标追踪观测及补偿滤波、空间目标协同观测及相对导航和空间目标相对状态的约束滤波估计进行了详细的分析和探讨。本书适合于相关专业领域的研究人员、研究生等。
目录
1.1 空间相对导航基本概念
1.2 空间相对导航系统的组成
1.2.1 系统构架
1.2.2 相对测量敏感器及其特点
1.3 测量数据的处理
1.3.1 图像的预处理及解算
1.3.2 数据的压缩
1.3.3 数据的平滑
1.4 相对导航滤波与估计
1.4.1 线性滤波估计方法
1.4.2 非线性滤波估计方法
1.4.3 稳健性滤波估计方法
1.5 空间目标的分类
1.5.1 合作目标
1.5.2 合作目标测量模式
1.5.3 非合作目标
1.5.4 非合作目标测量模式
1.6 空间相对导航技术应用领域
1.6.1 空间交会对接
1.6.2 编队飞行
1.6.3 在轨操作
1.6.4 空间目标监测
参考文献
第2章 空间目标相对动力学分析
2.1 坐标系定义
2.1.1 常用坐标系
2.1.2 坐标系转换
2.2 航天器轨道摄动模型
2.2.1 轨道要素的摄动方程
2.2.2 轨道摄动因素分析
2.3 目标探测中的变轨机动
2.3.1 单脉冲变轨交会
2.3.2 圆轨道双脉冲霍曼变轨交会
2.4 目标相对轨道动力学
2.4.1 向量导数法则
2.4.2 代数法相对运动模型
2.4.3 线性化相对动力学
2.4.4 C-W方程
2.4.5 T-H方程
2.5 目标相对运动特性分析
2.5.1 目标相对运动周期条件
2.5.2 近圆轨道目标相对运动
2.5.3 椭圆轨道目标相对运动
2.5.4 仿真分析
2.6 椭圆轨道目标周期相对运动
2.6.1 目标轨迹径向-法向投影
2.6.2 目标轨迹径向-横向投影
2.6.3 目标轨迹横向一法向投影
2.6.4 仿真算例
2.7 目标周期相对运动特性
2.7.1 目标轨迹曲线的维数
2.7.2 空间自相交轨迹
2.8 目标观测轨迹的设计
2.8.1 跟飞观测轨迹
2.8.2 水平面直线观测轨迹
2.8.3 轨道面圆观测轨迹
2.8.4 水平面椭圆观测轨迹
2.8.5 轨道面绕飞观测轨迹
参考文献
第3章 相对导航滤波及性能分析
3.1 滤波问题描述
3.2 贝叶斯估计理论
3.2.1 时间更新
3.2.2 量测更新
3.3 高斯滤波器
3.3.1 高斯滤波器框架
3.3.2 标准卡尔曼滤波
3.3.3 扩展卡尔曼滤波
3.3.4 无迹卡尔曼滤波
3.4 粒子滤波
3.4.1 蒙特卡罗方法
3.4.2 重要性采样
3.4.3 重采样步骤
3.4.4 重要性密度的选择
3.4.5 粒子滤波的基本框架
3.5 粒子滤波的改进
3.5.1 马尔可夫蒙特卡罗移动步骤
3.5.2 辅助变量粒子滤波
3.5.3 高斯粒子滤波和无迹高斯粒子滤波
3.5.4 滤波性能对比分析
3.6 空间相对导航算例仿真
3.6.1 高斯噪声算例仿真与分析
3.6.2 gamma噪声算例仿真与分析
3.6.3 闪烁噪声算例仿真与分析
3.6.4 滤波算法的比较与分析
参考文献
第4章 远程目标的天基光学探测
4.1 空间相机成像的数学模型
4.2 目标成像模型
4.2.1 目标亮度模型
4.2.2 目标拖尾特征
4.2.3 目标点特征的扩散
4.2.4 成像噪声模型
4.3 图像预处理
4.3.1 高斯平滑滤波
4.3.2 中值滤波
4.3.3 去除恒星背景
4.4 目标特征提取
4.4.1 边缘检测
4.2.2 Hough变换检测拖尾目标
4.5 基于二阶中心矩的特征提取
4.5.1 边缘二阶中心矩
4.5.2 基于连通域的二阶中心矩描述
4.5.3 帧间匹配
4.6 ROI预测提速
4.6.1 ROI区域预测方法
4.6.2 ROI提速方法验证
参考文献
第5章 轨道非合作机动目标追踪
5.1 未知机动及其影响分析
5.1.1 非合作机动目标的数学模型
5.1.2 未知机动的影响分析
5.2 稳健性相对导航滤波
5.2.1 衰减记忆滤波
5.2.2 扩维卡尔曼滤波算法
5.2.3 卡尔曼滤波算法的仿真对比分析
5.3 非合作机动目标的变结构滤波
5.3.1 机动检测器的设计
5.3.2 扩维参数自适应卡尔曼滤波跟踪算法流程
5.3.3 仿真分析
参考文献
第6章 机动观测及补偿滤波
6.1 扰动观测器
6.2 扰动观测器的误差分析
6.3 基于扰动观测器的补偿卡尔曼滤波算法
6.3.1 补偿滤波算法误差的有界性分析
6.3.2 滤波参数对跟踪精度的影响
6.3.3 补偿滤波器的结构设计
6.3.4 结构设计中的量测数据压缩技术
6.4 仿真分析
6.4.1 补偿观测器的跟踪精度分析
6.4.2 引入结构设计的精度敏感性分析
参考文献
第7章 空间目标协同观测及相对导航
7.1 协同观测及导航任务描述
7.2 协同导航的数学模型
7.2.1 动力学模型
7.2.2 协同测量模型
7.3 集中式滤波与定位
7.3.1 合作目标的集中式滤波定位
7.3.2 非合作目标的集中式滤波
7.4 分布式协同滤波
7.4.1 合作分布式协同滤波
7.4.2 合作分布式协同滤波性能分析
7.4.3 非合作分布式协同滤波
7.4.4 非合作分布式协同滤波性能分析
7.5 协同滤波仿真分析
7.5.1 非合作分布式协同滤波
7.5.2 非合作分布式协同滤波
7.5.3 实时仿真实验结果
参考文献
第8章 目标相对状态的约束滤波估计
8.1 约束性滤波问题
8.2 含约束的目标动力学
8.3 建立无约束扩维卡尔曼滤波器
8.3.1 扩维系统
8.3.2 建立无约束扩维卡尔曼滤波
8.4 考虑范数约束的滤波估计
8.4.1 扩维性能指数
8.4.2 运动状态的约束估计
8.4.3 机动加速度的约束估计
8.5 性能分析
8.6 数值仿真与分析
8.6.1 动力学方程
8.6.2 目标的观测量
8.6.3 数值结果
参考文献
