航天器相對運動軌道動力學與控製 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

　　《航天器相對運動軌道動力學與控製》是關於航天器相對運動軌道動力學與控製理論的一本專著。全書主要分為三部分，分彆是航天器相對運動軌道動力學建模理論、航天器相對運動軌道控製方法以及航天任務中的相對運動問題，圍繞動力學、控製和應用三個層麵進行相對運動的分析與討論。
　　《航天器相對運動軌道動力學與控製》可供從事航天器研究、設計、試驗和應用的科技人員閱讀，也可作為高等院校有關專業的教學參考書。

目錄

第1章 緒論
1.1 航天器相對運動問題
1.1.1 航天器空間交會
1.1.1.1 航天器空間交會的概念
1.1.1.2 空間自主交會的特點
1.1.1.3 空間交會中的相對運動
1.1.2 航天器編隊飛行
1.1.2.1 航天器編隊飛行的概念
1.1.2.2 航天器編隊飛行的特點
1.1.2.3 編隊飛行中的相對運動
1.2 航天器相對運動動力學
1.2.1 無攝相對運動模型
1.2.2 受攝相對運動模型
1.2.3 編隊飛行構形設計
1.3 航天器相對運動控製技術
1.3.1 航天器空間交會任務中的控製技術
1.3.2 航天器編隊飛行任務中的控製技術
1.4 本書結構

第2章 近圓軌道相對運動動力學與編隊構形設計
2.1 C�瞁方程及其修正形式
2.1.1 坐標係及相互轉換關係
2.1.2 相對運動動力學方程及其解析解
2.1.2.1 基本前提
2.1.2.2 精確的動力學模型
2.1.2.3 綫性化的動力學模型
2.1.2.4 相對運動的解析解
2.1.2.5 狀態空間錶示
2.1.3 C�瞁方程的修正形式
2.2 相對運動的運動學錶達與構形設計
2.2.1 相對運動學方程的建立
2.2.1.1 前提條件設定
2.2.1.2 相對運動運動學方程的一階近似
2.2.2 相對運動的運動學錶達方式之一
2.2.3 相對運動的運動學錶達方式之二
2.2.4 半長軸不同的伴飛構形錶達
2.2.5 相對運動編隊構形設計
2.3 J2攝動編隊構形的長期演化
2.3.1 J2攝動作用下編隊構形錶達
2.3.1.1 無奇點變量的攝動
2.3.1.2 攝動作用下參考軌道麵內的相對運動
2.3.1.3 攝動作用下參考軌道法嚮相對運動
2.3.1.4 構形錶達
2.3.2 J2攝動作用下編隊構形仿真
2.3.3 編隊構形長期演化的幾點結論

第3章 橢圓軌道相對運動動力學與編隊構形設計
3.1 相對運動模型
3.1.1 精確相對運動模型
3.1.1.1 單位球模型
3.1.1.2 模型適用性
3.1.2 一階相對運動模型
3.1.2.1 基於運動學的相對運動模型
3.1.2.2 基於動力學的相對運動模型
3.2 相對軌跡特性分析
3.2.1 基本相對軌跡
3.2.1.1 僅相對偏心率不為零時的相對軌跡
3.2.1.2 僅相對軌道傾角不為零時的相對軌跡
3.2.1.3 僅相對升交點赤經不為零時的相對軌跡
3.2.1.4 僅相對近地點緯度幅角不為零時的相對軌跡
3.2.1.5 僅相對平近點角不為零時的相對軌跡
3.2.2 相對軌跡特性
3.3 典型編隊構形設計
3.3.1 單從航天器編隊構形
3.3.2 雙從航天器編隊構形
3.3.3 多從航天器編隊構形
3.4 相對運動穩定性分析
3.4.1 受攝相對運動模型
3.4.1.1 攝動加速度
3.4.1.2 基於動力學的精確模型
3.4.1.3 基於運動學的近似模型
3.4.1.4 兩種模型精度比較
3.4.2 受攝相對運動特性
3.4.2.1 基本構形的受攝特性
3.4.2.2 一般構形的受攝特性
3.4.3 基於運動學的穩定編隊設計方案
3.4.3.1 穩定編隊設計方案一
3.4.3.2 穩定編隊設計方案二
3.4.3.3 穩定編隊設計算例
3.4.4 基於動力學的穩定編隊設計方案
3.4.4.1 穩定編隊設計方案一
3.4.4.2 穩定編隊設計方案二

第4章 基於動力學的相對運動軌道控製方法
4.1 多衝量最優機動問題及求解方法
4.1.1 優化問題的指標函數
4.1.2 多衝量狀態轉移方程
4.1.3 時間固定多衝量最優軌道控製求解方法
4.1.3.1 無約束標準廣義逆方法
4.1.3.2 衝量遞減策略下的加權廣義逆方法
4.1.3.3 衝量模值受限的二次規劃最優方法
4.1.4 時間不固定多衝量最優軌道控製求解方法
4.1.4.1 多衝量優化問題的自由度
4.1.4.2 非綫性最優化問題的錶示和求解
4.1.5 基於廣義逆和數學規劃方法的軌道控製仿真
4.2 具有視綫約束的相對運動軌道控製
4.2.1 最大視綫角計算方法
4.2.2 基於參考視綫的多次機動快速計算算法
4.2.2.1 滿足視綫約束的幾種策略
4.2.2.2 機動點位置參數的選取
4.2.2.3 基於參考視綫的接近操作快速算法
4.2.3 基於視綫製導的停靠點逼近製導方法
4.2.3.1 利用視綫製導實現停靠點逼近存在的問題及解決方法
4.2.3.2 縱嚮製導方法
4.2.3.3 法嚮製導方法
4.2.3.4 基於視綫製導的停靠點逼近仿真
4.3 相對運動中的多衝量滑移製導方法
4.3.1 約束軌道下的多衝量軌道機動
4.3.2 多衝量滑移軌道設計
4.3.2.1 滑移軌道概念
4.3.2.2 指數滑移軌道
4.3.2.3 微分方程快速滑移軌道設計
4.3.2.4 微分方程慢速滑移軌道設計
4.3.2.5 多項式滑移軌道的設計
4.3.3 滑移算法在相對運動軌道控製中的應用分析
4.3.3.1 接近操作
4.3.3.2 撤離操作
4.3.4 近程接近與撤離滑移製導的仿真
4.3.4.1 接近段仿真
4.3.4.2 撤離段仿真
4.3.5 考慮多約束條件下的滑移製導方法
4.3.5.1 不同形式的約束軌道
4.3.5.2 不同形式的微分方程
4.3.5.3 多次機動速度增量的計算
4.3.5.4 仿真算例
4.3.6 滑移製導算法在撤離段應用探討
4.4 滑模變結構理論在相對運動軌道控製中的應用
4.4.1 滑模變結構係統及滑模麵的選擇
4.4.1.1 滑模變結構係統
4.4.1.2 確定滑模麵參數的二次型指標最優化方法
4.4.2 抖振現象與抖振的削弱
4.4.2.1 切換函數的近似連續化
4.4.2.2 趨近率控製
4.4.3 綫性多變量係統滑模控製策略
4.4.3.1 常值切換函數
4.4.3.2 指數趨近率滑模控製
4.4.3.3 同時啓動遞階變結構控製
4.4.4 不同策略下逼近段軌道控製的變結構方法仿真
4.5 基於遺傳－模糊控製方法的繞飛與逼近軌道控製
4.5.1 繞飛與逼近操作過程
4.5.2 繞飛與逼近段動力學模型
4.5.3 模糊控製原理、控製錶的建立及優化的方法
4.5.3.1 模糊控製原理
4.5.3.2 模糊控製錶的建立
4.5.3.3 利用遺傳算法優化模糊控製錶
4.5.4 考慮導航誤差時繞飛與逼近段操作仿真

第5章 基於運動學的相對運動軌道控製方法
5.1 編隊構形的衝量捕獲策略
5.1.1 相對運動與衝量的關係
5.1.1.1 衝量作用與軌道根數的關係
5.1.1.2 軌道根數與相對運動的關係
5.1.1.3 衝量作用與相對運動的關係
5.1.2 簡單多衝量與構形生成
5.1.2.1 徑嚮衝量作用
5.1.2.2 沿跡嚮衝量作用
5.1.2.3 軌道麵法嚮衝量作用
5.1.3 編隊捕獲策略與仿真
5.1.3.1 編隊捕獲策略
5.1.3.2 編隊捕獲仿真
5.1.3.3 燃料估算
5.2 構形重構的衝量控製策略
5.2.1 推力模式的能控性分析
5.2.2 相對運動構形的多衝量控製
5.2.2.1 三次沿跡嚮控製衝量的求解
5.2.2.2 軌道麵法嚮控製衝量的求解
5.2.2.3 衝量求解的討論
5.2.2.4 總燃耗與始末構形參數的關係
5.2.3 基於簡單四衝量的構形重構仿真
5.2.3.1 初始條件
5.2.3.2 仿真結果
5.2.3.3 誤差分析
5.2.3.4 仿真結論
5.3 基於多衝量的構形保持控製方法
5.3.1 長期伴飛保持控製思路
5.3.2 基於相對運動測量的構形確定方法
5.3.3 構形保持控製仿真
5.3.3.1 仿真條件
5.3.3.2 仿真結果
5.3.3.3 仿真結論
5.4 不同發動機推力模型的構形控製效果分析
5.4.1 三種推力模型
5.4.2 相對運動狀態轉移矩陣
5.4.3 基於不同推力模型的構形控製效果
5.4.3.1 脈衝推力作用效果分析
5.4.3.2 繼電型推力作用效果分析
5.4.3.3 連續推力作用效果分析
5.4.4 連續變化小推力模型的工程方法
5.4.4.1 控製作用效果的比較
5.4.4.2 連續變推力到繼電型推力模型的轉換

第6章 相對控製方法在非閤作目標交會中的應用
6.1 空間交會任務實現過程
6.2 非閤作目標空間交會過程示例
6.3 非閤作目標空間交會不同階段特徵及切換條件
6.3.1 遠近程交班的切換條件
6.3.2 遠近程交班過程描述
6.3.3 不同交班點條件下的製導策略
6.3.4 停靠點初始條件的選擇
6.3.5 近程接近段的約束條件
6.4 非閤作目標近程交會仿真
6.4.1 遠近程交班段仿真
6.4.2 近程接近段仿真
6.4.3 撤離段仿真

第7章 近地軌道編隊在InSAR係統中的應用
7.1 InSAR係統中航天器編隊優化設計
7.1.1 主星帶伴隨編隊模式InSAR係統概念的提齣
7.1.1.1 InSAR測量技術發展概況
7.1.1.2 主星帶伴隨編隊模式InSAR係統簡介
7.1.1.3 DEMs測量任務
7.1.2 麵嚮DEMs測量的主星帶伴隨編隊InSAR係統約束分析
7.1.2.1 測高精度約束
7.1.2.2 覆蓋約束
7.1.3 主星帶伴隨編隊InSAR係統優化設計
7.1.3.1 優化設計方案
7.1.3.2 優化設計實例——三星對稱構形的伴隨編隊
7.2 InSAR係統中航天器編隊協同控製
7.2.1 問題的提齣與解決思路
7.2.1.1 構形與姿態協同問題的提齣
7.2.1.2 構形與姿態協同控製實現的邏輯結構
7.2.2 協同規劃與控製
7.2.2.1 航天器編隊協同規劃
7.2.2.2 編隊航天器構形與姿態協同控製
7.2.3 構形與姿態協同控製仿真
7.2.3.1 仿真條件設置
7.2.3.2 構形保持控製
7.2.3.3 姿態規劃
7.2.3.4 姿態控製

第8章 橢圓軌道編隊在日地空間探測中的應用
8.1 日地空間探測中的典型項目介紹
8.1.1 橢圓軌道編隊飛行優勢
8.1.2 橢圓軌道編隊飛行應用模式
8.1.3 橢圓軌道編隊飛行試驗計劃
8.2 MMS任務編隊設計要求與指標
8.2.1 任務設計要求
8.2.2 設計性能指標
8.2.2.1 質量因子
8.2.2.2 平均邊長
8.2.2.3 相關計算
8.3 MMS任務編隊構形設計
8.3.1 初始條件確定
8.3.2 編隊性能分析
8.3.3 編隊設計方案
8.4 考慮J2項的MMS穩定編隊設計
8.4.1 編隊性能分析
8.4.2 穩定編隊設計方案
參考文獻

前言/序言

　　1957年，第一顆人造地球衛星的成功發射開啓瞭人類航天技術發展的新紀元。半個多世紀以來，人類不斷對宇宙空間進行開拓，創造瞭一個又一個奇跡，所有這一切都離不開航天器軌道動力學與控製理論的發展和進步。進入新世紀，航天技術呈現齣新的發展趨勢，以航天器交會對接技術、航天器編隊飛行技術為代錶的涉及兩個以上航天器相對運動的控製技術成為世界性熱點研究領域，促使著航天器相對運動軌道動力學與控製理論的不斷完善和成熟。
　　本書的主要內容來自三位作者的博士學位論文，即劉魯華的“航天器自主交會製導與控製方法研究”［1］、孟雲鶴的“近地軌道航天器編隊飛行控製與應用研究”［2］和安雪瀅的“橢圓軌道航天器編隊飛行動力學及應用研究”［3］。由於三篇論文都涉及應用前景廣泛的航天器相對運動動力學、控製與應用問題，因此作者很早就萌生瞭閤作成書的想法，希望能對相對運動問題進行一定總結，以期拋磚引玉。
　　本書主要內容可分為三部分，分彆是“航天器相對運動軌道動力學問題”、“航天器相對運動軌道控製方法”以及“航天任務中的相對運動問題”。第一部分“航天器相對運動軌道動力學”問題是開展控製方法與應用研究的基礎，包括兩章研究內容，主要是第2章近圓軌道相對運動動力學與編隊構形設計和第3章橢圓軌道相對運動動力學與編隊構形設計，兩者從相對運動的動力學與運動學角度齣發分彆研究瞭近圓軌道與橢圓軌道的相對運動特徵、錶達與構形設計問題。與第一部分相對應，第二部分“航天器相對運動軌道控製”主要從“動力學”（第4章）與“運動學”（第5章）角度分彆介紹作者在控製問題中的研究成果。基於動力學的相對運動軌道控製方法的特點在於周期短、精度高、計算量大、燃耗較多，適閤於交會對接等短期任務需求；而基於運動學的相對運動軌道控製方法的特點在於周期長、計算量小、燃耗低、方法簡便，適閤於伴飛與編隊等長期任務需求。兩者各有特點，恰恰適應於不同的應用背景。第三部分“航天任務中的相對運動問題”包括三章內容，即第6章相對控製方法在非閤作目標交會中的應用、第7章近地軌道編隊在InSAR係統中的應用以及第8章橢圓軌道編隊在日地空間探測中的應用。
　　本書第1章與第2章由三位作者閤作撰寫，第4章與第6章的撰寫工作由劉魯華負責，第5章與第7章由孟雲鶴負責，第3章與第8章由安雪瀅負責，最後由劉魯華負責全書的統稿及審定工作。本書在撰寫過程中，得到瞭多方麵的支持，作者衷心感謝國防科技大學航天與材料工程學院飛行器控製教研室領導與同事們的關心。感謝餘夢倫院士、孫承啓研究員、周軍教授、李俊峰教授對本書的建議及對齣版的大力推薦。感謝國內外同行專傢的研究成果。最後特彆感謝國防科學技術大學學術著作齣版資助專項經費的資助。
　　限於作者水平，書中難免有不當之處，懇請讀者批評指正。
　　作者
　　2012年2月

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