航天器姿軌一體化動力學與控製技術/中國航天技術進展叢書 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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孫俊，劉付成，王劍穎，吳限德 著，吳燕生 編

圖書標籤:

• 航天器
• 姿態控製
• 軌道力學
• 動力學
• 控製技術
• 航天技術
• 中國航天
• 姿軌一體化
• 飛行器
• 航天工程

齣版社： 中國宇航齣版社

ISBN：9787515909974

版次：1

商品編碼：12215906

包裝：精裝

叢書名： 中國航天技術進展叢書

開本：16開

齣版時間：2017-04-01

用紙：膠版紙

頁數：252

字數：406000

正文語種：中文

內容簡介

　　《航天器姿軌一體化動力學與控製技術/中國航天技術進展叢書》一書重點研究瞭航天器姿軌一體化動力學建模方法、航天器姿軌一體化魯棒控製方法，以及基於特徵測量的航天器相對視覺導航方法。以對偶四元數為數學工具，藉助對偶四元數在描述螺鏇運動方麵的優勢，將兩航天器或多航天器的相對運動抽象成為螺鏇運動，再利用對偶四元數建立的航天器姿態一軌道一體化動力學模型，據此設計齣姿軌一體化控製器和相對導航方法，為我國航天器飛行任務的總體分析和設計提供瞭必要的理論基礎。
　　《航天器姿軌一體化動力學與控製技術/中國航天技術進展叢書》是作者多年理論和工程經驗的總結，內容難易程度適中、前沿性與工程指導性好，可供航天領域從事航天器動力學建模、控製和導航的研究生或者工程技術人員參考。

目錄

第1章 緒論
1．1 背景、目的及意義
1．2 對偶四元數的應用現狀
1．3 航天器運動模型研究現狀
1．3．1 航天器一般運動的描述方法介紹
1．3．2 航天器動力學建模方法研究現狀
1．4 航天器姿軌一體化建模研究現狀
1．5 航天器控製方法研究現狀
1．5．1 相對軌道控製算法
1．5．2 姿態控製算法
1．5．3 姿軌一體化控製算法
1．6 導航方法研究現狀
1．6．1 基於特徵點的位姿確定算法
1．6．2 基於特徵綫的位姿確定算法
1．6．3 視覺／慣性組閤導航係統
1．7 非綫性濾波方法研究現狀
參考文獻

第2章 航天器姿軌一體化相關理論基礎
2．1 引言
2．2 數學理論基礎
2．2．1 四元數
2．2．2 對偶數
2．2．3 對偶四元數
2．2．4 四元數與對偶四元數的對數運算
2．3 非綫性控製理論基礎
2．3．1 穩定性理論及預備知識
2．3．2 滑模變結構控製
2．3．3 有限時間控製
2．4 小結
參考文獻

第3章 航天器姿軌一體化動力學建模與跟蹤控製
3．1 引言
3．2 常用坐標係定義
3．3 對偶質量與對偶動量
3．4 航天器姿軌一體化動力學模型
3．4．1 單航天器姿軌一體化動力學模型
3．4．2 航天器質心相對姿軌一體化動力學模型
3．4．3 航天器非質心相對姿軌一體化動力學模型
3．5 單航天器姿軌一體化魯棒跟蹤控製
3．5．1 綫性滑模變結構控製器設計
3．5．2 類PD魯棒控製器設計
3．6 數學仿真及結果分析
3．7 小結
參考文獻

第4章 航天器姿軌一體化有限時間相對控製方法
4．1 引言
4．2 終端滑模控製器設計
4．2．1 一般終端滑模控製算法
4．2．2 自適應終端滑模控製算法
4．3 快速滑模控製器
4．3．1 航天器類拉格朗日相對運動模型
4．3．2 快速滑模控製算法
4．3．3 不同滑模麵的收斂時間分析
4．4 數學仿真及結果分析
4．5 小結
參考文獻

第5章 基於偏差對偶四元數的滑模變結構控製
5．1 引言
5．2 基於偏差對偶四元數的相對姿軌一體化控製
5．2．1 控製律設計
5．2．2 仿真結果與分析
5．3 兩種控製算法的比較
5．4 小結
參考文獻

第6章 航天器姿軌一體化其他控製方法
6．1 引言
6．2 姿軌耦閤有限時間控製
6．2．1 外部乾擾和模型不確定性
6．2．2 有限時間控製器
6．3 姿軌耦閤自適應控製
6．4 仿真分析
6．5 小結
參考文獻

第7章 基於特徵測量的航天器相對導航理論基礎
7．1 引言
7．2 坐標係定義
7．3 基於多種幾何特徵的視覺測量模型
7．3．1 基於特徵點的視覺測量模型
7．3．2 基於特徵綫的視覺測量模型
7．3．3 基於特徵圓的視覺測量模型
7．4 基於特徵測量的相對位姿估計算法
7．4．1 L-M迭代算法
7．4．2 EKF算法
7．4．3 UKF算法
7．5 數學仿真及結果分析
7．5．1 基於單一特徵的相對視覺導航
7．5．2 基於多種特徵的相對視覺導航
7．5．3 不同特徵配置對估計精度的影響
7．6 小結
參考文獻

第8章 基於特徵綫的單目視覺相對位姿確定算法
8．1 引言
8．2 相對導航坐標係定義及攝像機模型
8．2．1 坐標係定義
8．2．2 視覺相機投影模型
8．3 基於特徵直綫的相對位姿確定算法
8．3．1 基本原理
8．3．2 位姿轉移對偶四元數估計
8．3．3 估計方程綫性化迭代算法
8．4 數學仿真及結果分析
8．5 小結
參考文獻

第9章 多自然特徵信息融閤的相對位姿確定算法
9．1 引言
9．2 相對導航坐標係定義及攝像機模型
9．2．1 坐標係定義
9．2．2 視覺相機投影模型
9．3 多自然特徵描述方法
9．3．1 特徵直綫的對偶數描述
9．3．2 特徵點的對偶數描述
9．4 基於特徵點的相對位姿確定算法
9．4．1 基本原理
9．4．2 位姿轉移對偶四元數估計
9．4．3 估計方程綫性化迭代算法
9．5 基於特徵點、綫融閤的相對位姿確定算法
9．5．1 基本原理
9．5．2 點綫融閤位姿確定迭代算法
9．6 數學仿真及結果分析
9．6．1 基於特徵點的相對位姿參數確定算法驗證
9．6．2 基於特徵點、綫融閤的相對位姿參數確定算法驗證
9．7 小結
參考文獻

第10章 基於對偶四元數的相對導航EKF算法
10．1 引言
10．2 擴展卡爾曼濾波器基本原理
10．3 視覺導航擴展卡爾曼濾波算法
10．3．1 相對運動狀態方程的建立
10．3．2 相對運動測量方程的建立
10．4 視覺／慣性器件組閤導航擴展卡爾曼濾波算法
10．4．1 相對運動狀態方程的建立
10．4．2 相對運動測量方程的建立
10．5 數學仿真及結果分析
10．5．1 軌跡發生器
10．5．2 視覺導航擴展卡爾曼濾波算法仿真條件、結果及分析
10．5．3 視覺/慣性器件組閤導航仿真條件、結果及分析
10．5．4 基於視覺EKF算法與視覺／慣性器件組閤導航仿真結果比較
10．6 小結
參考文獻

第11章 航天器相對導航魯棒濾波方法
11．1 引言
11．2 基於強跟蹤濾波的相對導航方法
11．2．1 傳統強跟蹤濾波器
11．2．2 改進強跟蹤濾波器
11．2．3 濾波器穩定性分析
11．2．4 數學仿真及結果分析
11．3 基於魯棒無跡卡爾曼濾波的相對導航方法
11．3．1 單比例因子魯棒無跡卡爾曼濾波
11．3．2 多比例因子魯棒無跡卡爾曼濾波
11．3．3 數學仿真及結果分析
11．4 小結
參考文獻

《現代飛行器導航、製導與控製係統設計與實現》 書籍簡介 本書深入探討瞭現代飛行器，特彆是航空航天領域中導航、製導與控製（GNC）係統的核心理論、關鍵技術及其工程實現。本著作旨在為飛行器係統工程師、控製理論研究人員以及相關專業的高年級本科生和研究生提供一本全麵且具有實踐指導意義的參考書。全書內容緊密圍繞飛行器在復雜環境下的高精度、高魯棒性運行需求展開，係統梳理瞭從基礎理論構建到實際係統集成的全過程。 本書內容結構清晰，邏輯嚴密，共分為七大部分，涵蓋瞭從係統建模、狀態估計到軌跡優化與精確控製的完整技術鏈條。 第一部分：飛行器動力學與氣動特性基礎 本部分首先迴顧瞭經典的牛頓力學在飛行器運動描述中的應用，重點闡述瞭剛體動力學方程的建立，並針對不同類型的飛行器（如固定翼飛機、直升機、導彈和無人機）的特點，詳細推導瞭其在空氣動力作用下的非綫性運動方程。特彆地，我們對高超聲速飛行器麵臨的復雜氣動效應（如激波、邊界層轉捩）進行瞭深入分析，並介紹瞭如何利用CFD仿真數據對氣動模型進行辨識和修正，以提高後續控製設計的精度。此外，本章還引入瞭環境擾動模型，包括風場湍流、大氣密度不確定性等，為後續的魯棒性設計奠定基礎。 第二部分：導航係統原理與先進傳感器技術 導航是GNC係統的基石。本部分詳盡闡述瞭現代導航係統的構成、工作原理及誤差來源。內容涵蓋瞭慣性導航係統（INS）的誤差漂移特性分析，以及如何通過周期性或連續性地使用外部參考進行比對，實現導航誤差的有效抑製。重點章節詳細介紹瞭全球導航衛星係統（GNSS）的信號接收、抗乾擾和抗欺騙技術。此外，本書還對視覺導航（基於特徵點匹配、SLAM技術）和激光雷達（LiDAR）在復雜環境下的相對導航和絕對定位技術進行瞭深入探討，並比較瞭各類傳感器的融閤優勢與劣勢。 第三部分：先進狀態估計與數據融閤 精準的狀態估計是實現高精度控製的前提。本部分聚焦於如何將來自不同傳感器、具有不同噪聲特性的導航數據進行最優融閤。首先，對經典的卡爾曼濾波（KF）理論進行瞭嚴謹的數學推導，並擴展至非綫性係統中的擴展卡爾曼濾波（EKF）和無跡卡爾曼濾波（UKF）。針對高動態飛行器可能齣現的強非綫性或不確定性問題，本書詳細介紹瞭粒子濾波（PF）的應用場景及其在非高斯噪聲環境下的性能優勢。最後，探討瞭基於最優貝葉斯估計框架下的多傳感器信息融閤算法，確保在傳感器失效或受到嚴重乾擾時，係統仍能維持可靠的狀態估計。 第四部分：製導律設計與彈道優化 製導係統負責確定飛行器如何從當前位置到達目標位置或預定軌跡。本部分係統地介紹瞭經典的製導律，如比例導航製導（PN）、二階比例導航製導（2PNS），並分析瞭它們在不同交戰場景下的性能局限。針對精確打擊和攔截任務，本書深入講解瞭基於微分幾何和最優控製理論的先進製導技術，包括非綫性控製理論下的模型預測製導（MPG）和基於人工勢場的製導方法。在彈道優化方麵，我們介紹瞭直接配置法、僞譜法等數值優化工具，用於求解最優控製問題，以實現能耗最低或時間最短的飛行軌跡。 第五部分：飛行器控製律設計 控製係統是實現指令跟蹤和擾動抑製的核心環節。本部分內容覆蓋瞭從經典控製到現代魯棒控製、自適應控製等多個前沿領域。首先，對綫性二次型調節器（LQR）進行瞭詳細闡述，並介紹瞭增益調度（Gain Scheduling）技術在不同飛行包綫內維持穩定控製的設計思路。針對飛行器固有的大幅非綫性和模型不確定性，本書重點介紹瞭魯棒控製（如H-infinity控製）和滑模控製（SMC）的設計方法，強調如何構建具有內在魯棒性的控製器。此外，還介紹瞭先進的自適應控製和模糊邏輯控製在參數變化和外部乾擾下的應用。 第六部分：飛行控製係統集成與硬件實現 理論設計必須轉化為可靠的工程實踐。本部分關注GNC係統的軟硬件集成。內容包括飛行控製計算機（FCC）的架構選擇、實時操作係統的要求和任務調度策略。詳細討論瞭控製迴路的時序設計、數據總綫（如MIL-STD-1553B, ARINC 429）的通信協議以及係統級的時間延遲分析。特彆地，本書強調瞭對控製係統進行故障診斷與隔離（FDI）的重要性，並介紹瞭基於殘差檢測和模型匹配的FDI方法，以提升係統的安全性與可靠性。 第七部分：仿真、測試與驗證方法 係統的可靠性驗證是飛行器研製過程中不可或缺的一環。本部分詳細介紹瞭GNC係統的多級仿真測試流程，包括：基於MATLAB/Simulink的半物理仿真（Hardware-in-the-Loop, HIL）環境搭建；硬件在環測試中對傳感器模型、環境模型的精確度要求；以及飛行試驗中的數據後處理與評估方法。本書倡導采用形式化驗證方法對關鍵控製算法的安全性進行前置驗證，確保控製係統的設計滿足嚴格的適航/適飛標準。 本書的特點在於其理論深度與工程實踐的緊密結閤，大量的工程實例和清晰的數學推導，使讀者不僅能理解GNC係統的“為什麼”，更能掌握“如何做”。它將作為一本全麵的技術手冊，指導新一代飛行器實現更智能、更精確的自主運行能力。

評分☆☆☆☆☆

當我第一次翻開《航天器姿軌一體化動力學與控製技術》這本書時，首先映入眼簾的是那些密集的公式和專業的圖示，這讓我立刻意識到這是一本高度專業化的書籍。作為“中國航天技術進展叢書”的一員，它顯然聚焦於中國在航天領域最前沿的技術突破。我努力地去理解書中所闡述的航天器姿態動力學方程，以及軌道動力學的基本原理，並試圖將它們與航天器在太空中的實際運動模式聯係起來。書中關於姿態和軌道控製“一體化”的深入探討，是讓我最為著迷的部分。它不再是將姿態和軌道作為兩個獨立的控製問題來處理，而是強調它們之間的相互耦閤與協同優化，旨在實現更高效、更精準的控製。這對於我這樣一個對航天器任務設計和執行過程充滿好奇的人來說，具有極大的吸引力。盡管書中大量的數學推導和專業術語對我構成瞭一定的挑戰，但我仍能從中感受到作者嚴謹的科學態度和對航天工程實踐的深刻理解。這本書不僅僅是一本技術手冊，更是中國航天技術發展的一個縮影，展現瞭中國在該領域不斷進取的精神和取得的卓越成就。

評分☆☆☆☆☆

閱讀《航天器姿軌一體化動力學與控製技術》這本書，我首先感受到的是一種來自中國航天領域的自信與實力。作為“中國航天技術進展叢書”中的一員，它承載著中國在航天技術前沿探索的成果。這本書的語言風格非常學術化，充滿瞭專業術語和嚴謹的數學推導，這讓我這樣一個在其他領域工作的讀者，在閱讀時感到瞭一定的挑戰。我努力去理解其中關於航天器姿態動力學方程的建立，以及軌道動力學的一些基礎理論，試圖將這些抽象的概念與航天器在太空中實際的運動軌跡聯係起來。書中對姿態和軌道控製的“一體化”處理，讓我覺得非常新穎，它不再是將這兩個問題割裂開來分彆解決，而是強調它們之間的相互影響和協同優化。這一點對於提高航天器的任務效率和經濟性至關重要。盡管我無法完全消化書中的所有內容，但通過閱讀，我深刻體會到瞭航天器設計和控製的復雜性，以及中國航天人在這些領域付齣的艱辛努力和取得的巨大成就。這本書更像是一份為專業人士準備的技術報告，它真實地反映瞭中國航天技術的發展水平，也激勵著人們不斷探索更遠的星辰大海。

評分☆☆☆☆☆

《航天器姿軌一體化動力學與控製技術》這本書，給我的感覺就像是在拆解一件極其精密的機械玩具，但這個玩具是在外太空運行的。從外觀上看，它就充滿瞭專業書籍的質感，厚重而嚴謹。我試圖去理解那些圖錶和公式背後的含義，比如航天器在受到各種外力乾擾時，是如何保持平衡的，又是如何調整自己的方嚮和速度的。書中對於“姿軌一體化”的論述，讓我覺得非常有啓發性，它意味著航天器的每一個動作，無論是姿態的調整還是軌道的修正，都需要考慮到整體的協調性，不能顧此失彼。這一點對於我理解航天器執行復雜任務的邏輯非常重要。雖然我不是航天領域的專業人士，但書中一些通俗易懂的解釋，比如通過類比來介紹復雜的動力學概念，還是讓我受益匪淺。我尤其關注瞭書中關於控製算法的介紹，它們就像是航天器的“大腦”，指揮著它在太空中做齣正確的決策。這本書讓我看到，航天器在太空中的每一次精準飛行，都是無數科學傢和工程師智慧的結晶，背後蘊藏著深厚的理論基礎和精湛的技術實力。

評分☆☆☆☆☆

《航天器姿軌一體化動力學與控製技術》這本書，我拿到手的時候，其實是帶著一種既好奇又有點忐忑的心情。畢竟“航天器姿軌一體化動力學與控製技術”聽起來就不是那種輕鬆易懂的書籍，更何況它還屬於“中國航天技術進展叢書”這樣一個係列，這暗示著它的專業性和前沿性。翻開第一頁，我就被密密麻麻的公式和圖錶吸引住瞭，這些內容瞬間就把我拉迴瞭大學時代學習工程力學和自動控製的那些日子。我努力地去理解其中的一些概念，比如姿態動力學方程的推導，還有軌道動力學的基本原理，試圖將它們與實際的航天器在太空中是如何飛行、如何保持穩定聯係起來。雖然有些章節的數學推導過程對我來說頗具挑戰，需要反復閱讀和思考，但每次能夠理解一小部分，都覺得收獲巨大。作者在解釋一些復雜理論時，也嘗試用比較直觀的方式來闡述，比如通過類比或者舉例，這讓我這個非專業讀者也能感受到其中蘊含的智慧和工程上的精妙。我特彆關注瞭書中關於姿態穩定和軌道控製相結閤的部分，這是我最感興趣的內容，因為它直接關係到航天器能否準確地完成任務，比如對地觀測、深空探測或者空間站的對接。書中對這些一體化控製策略的探討，讓我看到瞭航天器設計和運行背後復雜而又精密的係統工程。這本書雖然有深度，但我相信對於有一定工程背景或者對航天領域充滿熱情的朋友來說，它絕對是一本值得深入研究的寶藏。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本《航天器姿軌一體化動力學與控製技術》純屬偶然，當時隻是在書店隨意翻閱，沒想到卻被書中那股濃厚的科學探索氛圍深深吸引。不同於那些市麵上常見的科普讀物，這本書更像是一本為航天工程師和研究人員量身打造的“內功秘籍”。我嘗試著去理解其中的一些核心概念，比如如何精確描述航天器在太空中的姿態變化，以及如何通過精密的控製係統來修正其軌道偏差。書中的數學模型和理論推導，對我來說就像是打開瞭一扇通往宇宙奧秘的大門，讓我看到瞭航天器能夠在茫茫宇宙中精確運行的背後，是多麼嚴謹的科學原理和多麼尖端的工程技術在支撐。我尤其對書中關於“一體化”的理念印象深刻，這意味著姿態和軌道不再是獨立的控製目標，而是需要協同工作，共同完成任務。這就像是太空中一場精密的“芭蕾”，每一個動作都必須協調一緻。盡管書中涉及大量專業術語和復雜的數學公式，我並不敢說自己完全領會瞭書中的每一個細節，但我依然能感受到作者在傳遞一種嚴謹的科學態度和對工程實踐的深刻洞察。對於那些渴望瞭解航天器背後“硬核”技術的朋友，這本書絕對是一個不容錯過的選擇，它會讓你對航天事業有更深層次的理解。