深空探測器自主導航原理與技術

《深空探測器自主導航原理與技術》一書的出版社是中國宇航出版社出版，作者是吳偉仁，王大軼，寧曉琳，出版時間是2011年5月。

基本介紹

• 書名：深空探測器自主導航原理與技術
• 作者：吳偉仁，王大軼，寧曉琳
• ISBN：978-7-80218-956-0
• 定價：￥168
• 出版社：中國宇航出版社出版
• 出版時間：2011年5月

基本信息

圖書名稱：《深空探測器自主導航原理與技術》

作者：吳偉仁，王大軼，寧曉琳著

出版單位：中國宇航出版社出版

出版時間：2011年5月

ISBN：978-7-80218-956-0

定價：￥168

內容簡介

本書針對我國深空探測工程對自主導航技術的迫切需求，系統闡述了深空探測器自主導航的基礎知識和基本原理，總結了我國近年來在深空探測自主導航領域的研究進展和技術成果，研究了深空探測器轉移軌道、軟著陸、表面巡視以及交會對接等不同階段的自主導航技術，並對未來深空探測自主導航技術的發展趨勢進行了展望。

本書內容和我國深空探測工程實踐緊密結合，可為未來深空探測自主導航技術的發展和工程套用提供理論基礎和實踐指導，也可供從事深空探測工程的科研工作者和高等院校相關專業師生參考。

目錄

第1章緒論1

1.1深空探測活動簡述1

1.1.1月球探測1

1.1.2火星探測6

1.1.3金星探測9

1.1.4其他行星探測10

1.1.5小行星和彗星探測12

1.1.6我國的深空探測技術14

1.2深空探測器導航14

1.2.1深空探測器導航回顧14

1.2.2深空探測器的地基導航15

1.2.3深空探測器的自主導航21

1.3深空探測器自主導航的必要性27

參考文獻29

第2章深空探測器自主導航基礎知識30

2.1天文學基礎30

2.1.1太陽系30

2.1.2月球39

2.1.3火星42

2.2常用坐標系48

2.2.1天球坐標系48

2.2.2地球坐標系53

2.2.3月球坐標系56

2.2.4太陽坐標系58

2.2.5軌道坐標系58

2.2.6本體坐標系59

2.2.7坐標系間轉換59

2.3時間系統61

2.3.1世界時61

2.3.2恆星時62

2.3.3原子時63

2.3.4力學時63

2.3.5曆元63

2.4飛行軌道64

2.4.1多體問題64

2.4.2引力作用球和圓錐曲線拼接法65

2.4.3霍曼轉移軌道66

2.4.4逃逸軌道69

2.4.5捕獲軌道71

2.4.6行星曆表72

參考文獻75

第3章深空探測器自主導航基本原理76

3.1自主導航系統工作流程76

3.1.1觀測量77

3.1.2敏感器78

3.1.3濾波方法100

3.2天文導航105

3.2.1天文導航系統的組成和特點105

3.2.2天文導航的基本原理106

3.2.3天文導航的誤差分析106

3.3慣性導航107

3.3.1慣性導航系統的組成和特點108

3.3.2慣性導航的基本原理108

3.3.3慣性導航的誤差分析111

3.4圖像導航111

3.4.1圖像導航系統的組成和特點111

3.4.2圖像導航的基本原理112

3.4.3圖像導航的誤差分析116

3.5組合導航116

3.5.1組合導航系統的設計模式116

3.5.2組合導航系統濾波器設計117

參考文獻120

第4章深空探測器轉移軌道自主導航技術121

4.1轉移軌道運動模型121

4.1.1深空探測器在轉移軌道的飛行過程122

4.1.2轉移軌道的動力學模型124

4.2轉移軌道自主導航系統127

4.2.1系統組成和工作流程127

4.2.2敏感器127

4.3轉移軌道測量信息的獲取133

4.3.1天體信息133

4.3.2角速度和加速度138

4.4火星探測器轉移軌道的自主導航方法141

4.4.1基於太陽、地球和火星觀測信息的自主導航方法141

4.4.2基於小行星觀測信息的自主導航方法145

4.4.3基於火星及其衛星觀測信息的自主導航方法151

參考文獻158

第5章軟著陸過程的自主導航技術160

5.1軟著陸飛行過程160

5.2軟著陸自主導航系統162

5.2.1系統組成和工作流程162

5.2.2慣性測量單元163

5.2.3測距測速敏感器164

5.2.4成像敏感器164

5.3軟著陸導航測量信息的處理方法165

5.3.1距離和速度信息處理方法165

5.3.2圖像處理方法167

5.3.3三維地形圖像處理方法169

5.4月球探測器軟著陸的自主導航方法172

5.4.1導航坐標系172

5.4.2月球探測器軟著陸動力學模型174

5.4.3利用慣性測量單元的自主導航方法175

5.4.4基於慣性測量單元配以測距測速修正的自主導航方法179

5.4.5基於慣性測量單元配以圖像信息修正的自主導航方法187

5.4.6基於三維地形圖像的自主障礙識別和安全著陸區選取方法191

參考文獻195

第6章深空探測巡視器自主導航技術196

6.1深空探測巡視器自主導航過程196

6.1.1深空探測巡視器自主導航功能196

6.1.2深空探測巡視器自主導航特點201

6.2深空探測巡視器自主導航系統201

6.2.1系統組成和工作流程201

6.2.2天體敏感器204

6.2.3慣性敏感器206

6.2.4視覺敏感器208

6.2.5運動感測器210

6.3深空探測巡視器測量信息的獲取與處理211

6.3.1天體測量信息211

6.3.2慣性測量信息212

6.3.3環境信息213

6.4月球巡視器自主導航定位方法222

6.4.1天文導航222

6.4.2航位推算導航224

6.4.3天文/航位推算組合導航225

6.4.4視覺測距導航226

6.5深空探測巡視器路徑規劃方法228

6.5.1雙目立體視覺導航規劃228

6.5.2結構光視覺導航規劃233

參考文獻235

第7章空間交會對接的自主導航技術237

7.1空間交會對接過程238

7.1.1空間交會對接的飛行過程238

7.1.2阿波羅號飛船月球軌道交會對接的飛行程式239

7.1.3月球軌道交會對接的特點241

7.2空間交會對接自主導航系統243

7.2.1系統組成和工作流程243

7.2.2微波雷達244

7.2.3雷射雷達247

7.2.4光學成像敏感器250

7.3空間交會對接導航測量信息的獲取與處理255

7.3.1微波雷達的信息處理方法255

7.3.2雷射雷達的信息處理方法258

7.3.3光學成像敏感器的信息處理方法260

7.4月球軌道交會對接的自主導航方法261

7.4.1月球軌道交會對接飛行過程方案261

7.4.2月面起飛段的自主導航方法263

7.4.3近距離導引段的自主導航方法266

7.4.4平移靠攏段的自主導航方法275

參考文獻280

第8章深空探測器自主導航技術展望282

8.1深空探測器自主導航的關鍵技術282

8.1.1自主導航方案設計282

8.1.2自主導航敏感器284

8.1.3自主導航核心算法285

8.2深空探測器自主導航技術發展趨勢287

8.2.1提高自主導航方案的通用性287

8.2.2組合導航是必然方向288

8.2.3導航敏感器的微小型化和復用技術288

8.2.4自主故障診斷和容錯技術288

參考文獻290

附錄291

附錄A常用的單位名稱、單位符號及換算關係291

附錄B太陽、月球及八大行星常用的天文常數293

附錄C深空探測大事記294

附錄D全書縮略語和專有名詞對照表300