航天器編隊(duì)飛行動(dòng)力學(xué)控制與導(dǎo)航
定 價(jià):78 元
- 作者:(美)阿爾弗林德 著,張世杰,趙亞飛 譯
- 出版時(shí)間:2015/1/1
- ISBN:9787118094350
- 出 版 社:國防工業(yè)出版社
- 中圖法分類:H31
- 頁碼:278
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16開
《航天器編隊(duì)飛行--動(dòng)力學(xué)控制與導(dǎo)航》作者阿爾弗林德教授是航天器編隊(duì)技術(shù)領(lǐng)域的權(quán)威學(xué)者,他們充分發(fā)揮在本領(lǐng)域研究的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),總結(jié)已有研究成果,完成了這本權(quán)威性論著。全書針對(duì)近地軌道航天器編隊(duì),詳細(xì)介紹考慮航天器姿態(tài)和軌道相對(duì)運(yùn)動(dòng)的編隊(duì)動(dòng)力學(xué)建模、控制和導(dǎo)航等相關(guān)內(nèi)容。在航天器相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型部分,給出了幾種常用的攝動(dòng)和非攝動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)非線性模型、二體假設(shè)下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)線性微分方程以及基于軌道根數(shù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型,介紹了降低攝動(dòng)影響的方法,并分析了轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)耦合情況下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型。在航天器編隊(duì)控制部分,討論了編隊(duì)建立、隊(duì)形保持和隊(duì)形重構(gòu)過程中的連續(xù)和脈沖控制方法,介紹了加速度施加誤差對(duì)控制性能的影響,探討了引入加速度計(jì)測量提升系統(tǒng)性能的可行方法。在相對(duì)導(dǎo)航部分,討論了不同濾波算法在相對(duì)軌道確定問題中的應(yīng)用。
本書可作為高校航空航天專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生的教材,也可供相關(guān)領(lǐng)域的教師和工程技術(shù)人員參考。
Kyte T.A1friend博士,現(xiàn)任得克薩斯農(nóng)工大學(xué)航空航天工程系工程試驗(yàn)站特聘研究講座教授(曾于1997年至2000年期間擔(dān)任該部門主管),美國海軍研究生院客座教授,美國國家工程院院士,美國天文學(xué)會(huì)和美國航空航天學(xué)會(huì)會(huì)士,國際宇航科學(xué)院院士,美國空軍大學(xué)監(jiān)事會(huì)成員。曾獲美國天文學(xué)會(huì)德克·布勞爾獎(jiǎng)和美國航空航天學(xué)會(huì)飛行力學(xué)與控制獎(jiǎng),受邀在2008以色列宇航科學(xué)會(huì)議上做馮·卡門大會(huì)報(bào)告,2005年同其他六位來自美國和俄羅斯的學(xué)者共同獲得美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)的國際科學(xué)合作獎(jiǎng)項(xiàng)。Alfriend在弗吉尼亞理工大學(xué)機(jī)械工程獲學(xué)士與博士學(xué)位,在斯坦福大學(xué)應(yīng)用力學(xué)專業(yè)獲碩士學(xué)位,其主要研究方向包括空間監(jiān)測、天體動(dòng)力學(xué)、衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)與控制以及航天器設(shè)計(jì)等。
第1章 緒論
1.1 航天器編隊(duì)飛行的概念
1.2 協(xié)同方法
1.2.1 軌道跟蹤方法
1.2.2 領(lǐng)航跟隨法
1.2.3 虛擬結(jié)構(gòu)法
1.2.4 蜂擁控制方法
1.3 燃料消耗因素
1.3.1 任務(wù)需求
1.3.2 初始條件
1.3.3 導(dǎo)航不確定性
1.3.4 大氣阻力
1.3.5 推力誤差
1.3.6 動(dòng)態(tài)過程噪聲
1.4 編隊(duì)飛行控制 第1章 緒論
1.1 航天器編隊(duì)飛行的概念
1.2 協(xié)同方法
1.2.1 軌道跟蹤方法
1.2.2 領(lǐng)航跟隨法
1.2.3 虛擬結(jié)構(gòu)法
1.2.4 蜂擁控制方法
1.3 燃料消耗因素
1.3.1 任務(wù)需求
1.3.2 初始條件
1.3.3 導(dǎo)航不確定性
1.3.4 大氣阻力
1.3.5 推力誤差
1.3.6 動(dòng)態(tài)過程噪聲
1.4 編隊(duì)飛行控制
1.5 控制方法綜述
1.5.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移逆矩陣
1.5.2 脈沖控制
1.5.3 連續(xù)線性控制
1.5.4 非線性控制
1.5.5 模型預(yù)測控制
1.6 空間導(dǎo)航與全球定位系統(tǒng)
1.7 編隊(duì)飛行任務(wù)
第2章 航天器軌道動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)
2.1 坐標(biāo)系
2.2 開普勒二體問題
2.3 慣性運(yùn)動(dòng)方程的求解
2.4 非奇異軌道要素
2.5 非開普勒運(yùn)動(dòng)與軌道攝動(dòng)
2.5.1 常數(shù)變易法
2.5.2 拉格朗日行星方程
2.5.3 帶諧函數(shù)
2.5.4 高斯變分方程
2.6 均值理論
本章小結(jié)
第3章 分析力學(xué)、優(yōu)化、控制和估計(jì)基礎(chǔ)
3.1 拉格朗日和哈密頓力學(xué)
3.2 德洛內(nèi)根數(shù)
3.3 正則變換
3.4 布勞威爾理論
3.4.1 瞬時(shí)軌道根數(shù)到平均軌道根數(shù)的迭代算法
3.5 約束靜態(tài)優(yōu)化
3.6 控制李雅普諾夫函數(shù)
3.7 線性二次調(diào)解
3.8 卡爾曼濾波
3.9 無跡卡爾曼濾波
3.9.1 標(biāo)準(zhǔn)UKF濾波方法
3.9.2 UKF方法的加式形式
3.9.3 平方根形式的UKF算法
本章小結(jié)
第4章 非線性相對(duì)動(dòng)力學(xué)模型
4.1 非攝動(dòng)情況下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程
4.2 能量匹配條件
4.3 脈沖式編隊(duì)保持
4.4 最優(yōu)編隊(duì)保持的另一種觀點(diǎn)
4.5 主星圓形軌道
4.6 拉格朗日函數(shù)與哈密頓函數(shù)
4.7 考慮J2攝動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程
4.7.1 &系下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
4.7.2 &系和&系之間的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換
4.7.3 初始條件
本章小結(jié)
第5章 線性化相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程
5.1 CW方程
5.2 線性雙脈沖交會(huì)
5.3 拉格朗日函數(shù)和哈密頓函數(shù)形式的CW方程
5.4 二階非線性下的軌道運(yùn)動(dòng)
5.5 曲線坐標(biāo)系與笛卡兒相對(duì)坐標(biāo)系
5.6 橢圓參考軌道
5.6.1 以時(shí)間作為獨(dú)立變量:麥爾登狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
5.6.2 勞頓方程和喬納-亨佩爾方程
5.6.3 卡特狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
5.6.4 山申-安克森狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
5.6.5 布魯克狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
5.6.6 李-科克倫-喬狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
5.6.7 納扎倫科狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
5.6.8 長期漂移項(xiàng)消除的初始條件選取方法
5.7 相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的周期解
本章小結(jié)
第6章 基于軌道根數(shù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型
6.1 非線性相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的一般解
6.2 相對(duì)距離的最大與最小界限
6.2.1 軌道角速度不相等的情況
6.2.2 軌道角速度相等的情況
6.3 圓形-赤道參考軌道時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)近似表達(dá)式
6.3.1 高階時(shí)域展開式的近似表達(dá)式
6.3.2 二階近似
6.3.3 一階近似解:希爾解
6.4 投影圓軌道初始約束條件
6.5 無攝動(dòng)圓軌道下具有非線性補(bǔ)償?shù)幕旌衔⒎址匠?br /> 本章小結(jié)
第7章 基于軌道根數(shù)的攝動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型
7.1 單位球法
7.2 相對(duì)運(yùn)動(dòng)的四元數(shù)描述
7.3 吉姆-阿爾弗蘭德幾何方法
7.3.1 重新考察人攝動(dòng)項(xiàng)的影響
7.3.2 幾何法
7.4 平均相對(duì)運(yùn)動(dòng)
7.5 圓形參考軌道J2微分方程的線性化
7.5.1 模型的建立
7.5.2 短周期項(xiàng)的影響
7.5.3 線性模型
7.6 吉姆-阿爾弗蘭德狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣對(duì)應(yīng)的微分方程組
7.7 二階狀態(tài)遞推模型
本章小結(jié)
第8章 攝動(dòng)抑制
8.1 減小J2攝動(dòng)的動(dòng)態(tài)約束
8.1.1 三個(gè)約束條件
8.1.2 兩個(gè)約束條件
8.1.3 一個(gè)約束條件
8.1.4 能量方面的考慮
8.1.5 數(shù)學(xué)仿真結(jié)果
8.2 一種基于軌道根數(shù)的非線性理論
8.3 動(dòng)態(tài)模型誤差影響比較
8.4 近圓軌道編隊(duì)基本擾動(dòng)頻率
8.4.1 軌道平面和軌道法向頻率
8.5 近圓軌道PCO初始條件的選擇
8.6 軌道平面和軌道法向的基本頻率匹配
8.6.1 幅值
8.7 基于改進(jìn)CW方程的PCO編隊(duì)保持
8.7.1 徑向沒有推力器的編隊(duì)保持
8.8 燃料最省和燃料平衡
本章小結(jié)
第9章 轉(zhuǎn)動(dòng)平移耦合影響
9.1 相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)
9.2 耦合相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型
本章小結(jié)
第10章 編隊(duì)控制
10.1 連續(xù)控制
10.1.1 CLF方法
10.1.2 基于平均軌道要素的LQR控制
10.2 離散時(shí)間的LQR控制
10.2.1 數(shù)值解
10.3 基于高斯變分方程的脈沖控制
10.3.1 編隊(duì)建立
10.4 圓軌道雙脈沖編隊(duì)重構(gòu)
10.5 單個(gè)軌道周期的雙脈沖編隊(duì)保持
10.5.1 圓軌道的解析解
10.5.2 燃料平衡中0的確定
10.5.3 平面內(nèi)的沖量需求
本章小結(jié)
第11章 Ay指令的執(zhí)行
11.1 任務(wù)規(guī)劃
11.1.1 利用加速度計(jì)改善A0的實(shí)現(xiàn)
11.1.2 離散系統(tǒng)舉例
11.2 對(duì)自主交會(huì)對(duì)接的影響
11.2.1 影響編隊(duì)重構(gòu)的因素
本章小結(jié)
第12章 相對(duì)測量與導(dǎo)航
12.1 動(dòng)力學(xué)建模
12.2 測量更新:載波相位差分GPS
12.3 EKF與UKF相對(duì)導(dǎo)航方法的比較
12.3.1 基線不變,時(shí)間步長增大時(shí)的比較
12.3.2 基線增長時(shí)的比較
12.3.3 FreeFlyer TM 和GSFC仿真的比較
12.3.4 最后一例
本章小結(jié)
第13章 高精度編隊(duì)飛行仿真
13.1 仿真控制器結(jié)構(gòu)
13.1.1 參數(shù)檢查
13.2 仿真結(jié)果
本章小結(jié)
第14章 總結(jié)和展望
14.1 降低風(fēng)險(xiǎn)
14.2 燃料需求
14.3 任務(wù)執(zhí)行
附錄A 變換矩陣∑(T)
附錄B 變換矩陣∑(T)-1
附錄C 矩陣B(T)-
附錄D 相對(duì)平均軌道根數(shù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣
附錄E 從平根數(shù)到密切軌道根數(shù)的變換
附錄F 平根數(shù)到密切軌道根數(shù)的雅可比行列式
附錄G 小偏心率理論
附錄H 揚(yáng)一阿爾弗蘭德非線性理論系數(shù)
參考文獻(xiàn)
術(shù)語表