航天器相對運動軌道動力學與控制（簡體書）

《航天器相對運動軌道動力學與控制》是關於航天器相對運動軌道動力學與控制理論的一本專著。全書主要分為三部分，分別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制方法以及航天任務中的相對運動問題，圍繞動力學、控制和應用三個層面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制》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。

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航天器相對運動控制技術
1．3．1航天器空間交會任務中的控制技術
1．3．2航天器編隊飛行任務中的控制技術
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
2．1C?W方程及其修正形式
2．1．1坐標系及相互轉換關係
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線性化的動力學模型
2．1．2．4相對運動的解析解
2．1．2．5狀態空間表示
2．1．3C?W方程的修正形式
2．2相對運動的運動學表達與構形設計
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相對運動的運動學表達方式之一
2．2．3相對運動的運動學表達方式之二
2．2．4半長軸不同的伴飛構形表達
2．2．5相對運動編隊構形設計
2．3J2攝動編隊構形的長期演化
2．3．1J2攝動作用下編隊構形表達
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面內的相對運動
2．3．1．3攝動作用下參考軌道法向相對運動
2．3．1．4構形表達
2．3．2J2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制方法
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制求解方法
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制求解方法
4．1．4．1多衝量優化問題的自由度
4．1．4．2非線性最優化問題的表示和求解
4．1．5基於廣義逆和數學規劃方法的軌道控制仿真
4．2具有視線約束的相對運動軌道控制
4．2．1最大視線角計算方法
4．2．2基於參考視線的多次機動快速計算算法
4．2．2．1滿足視線約束的幾種策略
4．2．2．2機動點位置參數的選取
4．2．2．3基於參考視線的接近操作快速算法
4．2．3基於視線制導的停靠點逼近制導方法
4．2．3．1利用視線制導實現停靠點逼近存在的問題及解決方法
4．2．3．2縱向制導方法
4．2．3．3法向制導方法
4．2．3．4基於視線制導的停靠點逼近仿真
4．3相對運動中的多衝量滑移制導方法
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制中的應用分析
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制導的仿真
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制導方法
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滑移制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制中的應用
4．4．1滑模變結構系統及滑模面的選擇
4．4．1．1滑模變結構系統
4．4．1．2確定滑模面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趨近率控制
4．4．3線性多變量系統滑模控制策略
4．4．3．1常值切換函數
4．4．3．2指數趨近率滑模控制
4．4．3．3同時啟動遞階變結構控制
4．4．4不同策略下逼近段軌道控制的變結構方法仿真
4．5基於遺傳－模糊控制方法的繞飛與逼近軌道控制
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模糊控制原理、控制表的建立及優化的方法
4．5．3．1模糊控制原理
4．5．3．2模糊控制表的建立
4．5．3．3利用遺傳算法優化模糊控制表
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制方法
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徑向衝量作用
5．1．2．2沿跡向衝量作用
5．1．2．3軌道面法向衝量作用
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構形重構的衝量控制策略
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制
5．2．2．1三次沿跡向控制衝量的求解
5．2．2．2軌道面法向控制衝量的求解
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制方法
5．3．1長期伴飛保持控制思路
5．3．2基於相對運動測量的構形確定方法
5．3．3構形保持控制仿真
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制效果分析
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制效果
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控制作用效果的比較
5．4．4．2連續變推力到繼電型推力模型的轉換

第6章相對控制方法在非合作目標交會中的應用
6．1空間交會任務實現過程
6．2非合作目標空間交會過程示例
6．3非合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制導策略
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非合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系統中的應用
7．1InSAR系統中航天器編隊優化設計
7．1．1主星帶伴隨編隊模式InSAR系統概念的提出
7．1．1．1InSAR測量技術發展概況
7．1．1．2主星帶伴隨編隊模式InSAR系統簡介
7．1．1．3DEMs測量任務
7．1．2面向DEMs測量的主星帶伴隨編隊InSAR系統約束分析
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系統優化設計
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
7．2InSAR系統中航天器編隊協同控制
7．2．1問題的提出與解決思路
7．2．1．1構形與姿態協同問題的提出
7．2．1．2構形與姿態協同控制實現的邏輯結構
7．2．2協同規劃與控制
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制
7．2．3構形與姿態協同控制仿真
7．2．3．1仿真條件設置
7．2．3．2構形保持控制
7．2．3．3姿態規劃
7．2．3．4姿態控制

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
8．2MMS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
8．3MMS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