天文导航原理及应用

第1部分天文导航的基础知识.
第1章绪论
1.1引言3
1.2天文导航技术的特点和应用3
1.3天文导航的历史和发展现状4
1.3.1天文导航的历史4
1.3.2天文导航发展现状6
思考题与习题9
第2章球面几何和球面三角
2.1引言10
2.2球面三角10
2.2.1球面几何10
2.2.2球面三角形12
2.3导航三角形16
2.3.1导航三角形16
2.3.2分割导航三角形17
思考题与习题19
第3章导航坐标系
3.1引言20
3.2天球坐标系20
3.2.1天球上基本点.线.圆20
3.2.2赤道坐标系21
3.2.3地平坐标系22
3.2.4黄道坐标系23
3.3空间坐标系24
3.3.1惯性坐标系24
3.3.2地球固联坐标系24
3.3.3地理坐标系25
3.3.4载体坐标系25
思考题与习题26
第4章时间系统
4.1引言27
4.2时间的基本概念27
4.2.1时间在物理学上的解释27
4.2.2时间在哲学上的解释28
4.2.3时间计量工具的发展28
4.3恒星日.太阳日和平阳日29
4.3.1恒星日和太阳日29
4.3.2平阳日29
4.3.3时差30
4.4地方时和区时30
4.4.1地方时.世界时及其相互关系30
4.4.2区时31
4.4.3日界线31
4.5各种时间系统32
4.5.1世界时系统32
4.5.2历书时系统33
4.5.3原子时系统34
4.6历法的基本概念34
4.6.1太阴历34
4.6.2太阳历35
4.6.3阴阳历35
思考题与习题35
第5章导航天文学
5.1引言36
5.2宇宙和天体36
5.2.1宇宙36
5.2.2天体38
5.2.3太阳系39
5.3天体视运动40
5.3.1天体周日视运动40
5.3.2太阳周年视运动43
5.3.3月球视运动46
5.3.4行星视运动48
5.3.5岁差和章动50
5.3.6光行差51
5.4天体的辨认和识别51
5.4.1星座.星名51
5.4.2星图.星表51
5.4.3常用恒星的识别53
思考题与习题57
参考文献58
第2部分舰船航海中的天文导航技术
第6章天文航海中的测量仪器
6.1引言61
6.2航海六分仪61
6.2.1千分尺鼓轮六分仪61
6.2.2游标尺六分仪65
6.2.3人造地平六分仪66
6.3天文钟67
6.3.1机械天文钟67
6.3.2石英天文钟67
6.4本章小结67
思考题与习题68
第7章舰船天文定位的基本原理
7.1引言69
7.2航海中的天文导航基本原理69
7.3精确天体高度的获得71
7.3.1一般天体的高度修正71
7.3.2月球的高度修正75
7.4天体投影点的位置和时间76
7.4.1天体投影点的坐标76
7.4.2导航和天文学中的时间测量78
7.5航海天文历80
7.5.1天文历简介80
7.5.2航海天文历的组成81
7.5.3航海天文历的使用81
7.6本章小结82
思考题与习题82
第8章高度差法求舰位
8.1引言83
8.2直接画天文位置圆求舰位法83
8.3萨姆纳法85
8.4高度差法86
8.4.1高度差法的理论基础86
8.4.2高度差法90
8.5解析高度差法92
8.6移动舰位的确定93
8.7组合不同性质位置线求舰位法95
8.8本章小结95
思考题与习题96
第9章其他舰船天文定位方法
9.1引言97
9.2利用北极星高度确定纬度97
9.3利用天体中天高度确定纬度98
9.4利用两个天体的观测高度确定纬度99
9.5利用天体的中天高度确定经度101
9.6本章小结103
思考题与习题103
参考文献103
第3部分空间飞行器的自主天文导航技术
第10章天文导航的天体敏感器
10.1引言107
10.2天体敏感器分类107
10.3恒星敏感器107
10.3.1恒星敏感器简介107
10.3.2恒星敏感器分类108
10.3.3恒星敏感器结构109
10.4太阳敏感器111
10.4.1太阳敏感器简介111
10.4.2太阳敏感器分类111
10.4.3太阳敏感器结构112
10.5地球敏感器113
10.5.1地球敏感器简介113
10.5.2地球敏感器分类113
10.5.3地球敏感器结构115
10.6其他天体敏感器115
10.7空间六分仪自主天文定位系统（SSANARS）116
10.8MANS自主天文导航系统117
10.8.1MANS自主导航系统原理118
10.8.2MANS自主导航系统结构119
10.8.3MANS自主导航系统特点120
10.9本章小结120
思考题与习题120
第11章航天器轨道动力学方程及自主天文导航基本原理
11.1引言121
11.2航天器二体轨道和轨道要素121
11.2.1二体问题121
11.2.26个积分和轨道要素122
11.3航天器轨道摄动126
11.3.1航天器轨道摄动方程126
11.3.2地球非球形引力摄动129
11.3.3日.月摄动130
11.3.4大气阻力摄动131
11.3.5太阳光压摄动132
11.3.6潮汐摄动132
11.4深空探测器的轨道运动133
11.4.1多体问题和限制性三体问题133
11.4.2地月飞行的轨道运动..135
11.5航天器自主天文导航基本原理137
11.5.1航天器基于轨道动力学方程的天文导航基本原理137
11.5.2航天器纯天文几何解析方法基本原理138
11.6本章小结139
思考题与习题139
第12章自主天文导航系统滤波方法
12.1引言141
12.2最优估计方法\[13,14\]141
12.2.1估计和最优估计方法141
12.2.2最小方差估计142
12.2.3极大似然估计143
12.2.4极大验后估计144
12.2.5贝叶斯估计145
12.2.6线性最小方差估计146
12.2.7最小二乘估计148
12.2.8几种最优估计方法的比较及其关系150
12.3卡尔曼滤波151
12.3.1线性系统卡尔曼滤波方法151
12.3.2扩展卡尔曼滤波方法156
12.3.3Unscented卡尔曼滤波方法160
12.4粒子滤波162
12.4.1先进的粒子滤波方法162
12.4.2粒子滤波的采样方法162
12.4.3标准粒子滤波算法164
12.4.4Unscented粒子滤波算法166
思考题与习题167
第13章地球卫星直接敏感地平的自主天文导航方法
13.1引言168
13.2航天器自主天文导航技术168
13.2.1航天器自主导航的意义168
13.2.2地球卫星自主天文导航技术概述169
13.3地球卫星直接敏感地平自主天文导航原理169
13.4地球卫星直接敏感地平自主天文导航系统的数学模型170
13.4.1系统的状态方程170
13.4.2系统的量测方程172
13.5地球卫星直接敏感地平天文导航方法性能分析176
13.5.1不同轨道动力学方程对导航性能的影响177
13.5.2滤波周期对导航性能的影响179
13.5.3观测量对导航性能的影响181
13.5.4星敏感器安装方位对导航性能的影响183
13.6本章小结184
思考题与习题184
第14章地球卫星间接敏感地平的自主天文导航方法
14.1引言185
14.2星光折射间接敏感地平天文导航原理185
14.2.1星光大气折射原理185
14.2.2星光折射高度与折射角.大气密度之间的关系188
14.3地球卫星间接敏感地平的自主天文导航系统190
14.3.1系统的状态方程190
14.3.2系统的量测方程191
14.3.3计算机仿真192
14.4基于信息融合的直接敏感地平和间接敏感地平相结合的自主天文导航方法193
14.4.1基于信息融合的自主天文导航方法原理193
14.4.2基于信息融合的自适应Unscented卡尔曼滤波方法194
14.4.3计算机仿真195
14.5星光折射间接敏感地平的自主天文导航精度分析197
14.5.1量测信息对导航精度的影响分析197
14.5.2轨道参数对导航精度的影响分析200
14.6本章小结203
思考题与习题204
第15章深空探测器的自主天文导航原理与方法
15.1引言205
15.1.1深空探测的发展205
15.1.2天文导航对深空探测的重要性207
15.2月球探测器在转移轨道上的天文导航方法208
15.2.1月球探测器在转移轨道上的轨道动力学方程209
15.2.2基于星光角距的自主天文导航方法209
15.2.3基于太阳.地球矢量方向的自主天文导航方法211
15.2.4月球探测器组合导航方法213
15.3月球卫星的自主天文导航方法215
15.3.1月球卫星的轨道动力学方程216
15.3.2月球卫星的量测方程217
15.4深空探测器纯天文几何解析定位方法219
15.4.1纯天文定位的基本原理219
15.4.2纯天文自主定位的观测量及量测方程219
15.4.3纯天文自主定位的几何解析法222
15.5本章小结227
思考题与习题227
第16章天文导航半物理仿真系统
16.1引言228
16.2天文导航半物理仿真系统的总体设计228
16.2.1系统组成228
16.2.2系统工作流程229
16.3系统各模块的设计229
16.3.1轨道发生器的设计229
16.3.2星模拟器的设计231
16.3.3星敏感器模拟器的设计231
16.3.4导航计算机的设计232
16.4星图模拟系统实现233
16.4.1星图模拟的原理233
16.4.2随机视场中观测星的选取及其验证方法236
16.4.3星图的模拟及软件实现240
16.5天文导航半物理仿真系统的标定及试验243
16.5.1系统硬件设备的标定243
16.5.2系统软件平台的实现246
16.5.3动静态试验及结果分析247
16.6基于半物理仿真系统的天文导航试验249
16.7本章小结255
思考题与习题255
参考文献255
第4部分弹道导弹和飞机中的惯性/天文组合导航技术
第17章惯性/天文组合导航原理与方法
17.1引言261
17.2惯性/天文组合导航系统的工作模式262
17.3惯性/天文组合导航系统的组合模式263
17.4惯性/天文组合导航基本原理264
17.4.1星敏感器的测姿原理264
17.4.2天文量测信息修正惯性器件误差原理266
17.4.3利用惯性/天文组合导航系统修正弹道导弹发射点位置误差的原理267
17.4.4利用误差状态转移矩阵估计弹道导弹主动段导航误差267
17.5惯性/天文组合导航系统的建模方法269
17.5.1状态方程269
17.5.2量测方程274
17.6本章小结277
思考题与习题277
第18章惯性/天文组合导航半物理仿真系统
18.1引言279
18.2惯性/天文组合导航半物理仿真系统的子系统279
18.2.1惯性导航子系统279
18.2.2天文导航子系统283
18.3惯性/天文组合导航半物理仿真系统的总体设计286
18.4惯性/天文组合导航半物理仿真系统的软硬件实现287
18.5惯性/天文组合导航用轨迹发生器290
18.5.1弹道导弹轨迹发生器290
18.5.2飞机轨迹发生器295
18.6惯性/天文组合导航半物理仿真系统性能分析299
18.6.1星敏感器的精度对组合导航性能的影响299
18.6.2滤波周期对组合导航性能的影响300
18.6.3不同初始失准角对组合导航性能的影响303
18.7本章小结305
思考题与习题305
第19章惯性/天文组合导航系统的应用
19.1引言306
19.2组合导航系统在弹道导弹中的应用306
19.2.1弹道导弹SINS子系统仿真试验307
19.2.2弹道导弹SINS/CNS组合导航系统半物理仿真307
19.3组合导航系统在飞机中的应用308
19.3.1机载SINS子系统仿真试验309
19.3.2机载SINS/CNS组合导航系统半物理仿真310
19.4组合导航应用中的关键技术311
19.4.1递归交互式多模型自适应卡尔曼滤波方法311
19.4.2重力异常对组合导航精度的分析与补偿方法315
19.4.3基于可观测度分析的降维滤波器设计方法318
19.4.4一种状态突变带渐消因子的KF方法321
19.5本章小结322
思考题与习题323
参考文献323
第5部分展望
第20章天文导航技术的展望
20.1舰船天文导航的发展趋势329
20.2航天器天文导航的发展趋势331
20.3惯性/天文组合导航技术的发展趋势337
20.4结束语338
参考文献339
附录
附表1航海天文历343
附表2北极星表349
附表3修正项表...351