空间目标相对导航与滤波技术

定　价：¥68.00

作　者：	翟光著
出版社：	北京理工大学出版社
丛编项：
标　签：	暂缺

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ISBN：	9787568281348	出版时间：	2020-05-01	包装：	平装
开本：	16开	页数：		字数：

内容简介

　　空间目标相对导航与滤波技术涉及到相对轨道动力学、测量敏感器、导航滤波等关键技术。根据空间目标和测量任务的不同，相对测量与导航任务所采用的敏感器、导航滤波算法等也不尽相同。航天器的相对动力学模型可以通过轨道动力学作差、一系列的坐标转换，最终得到追踪航天器轨道坐标系下的相对轨道动力学模型。航天器的相对运动会受到各种不确定性因素的影响，通常将不确定性因素视为噪声，并引入到动力学模型和测量模型中。此时有必要引入滤波器，从而提高状态估计的精度。此外，本书对远程目标天基光学探测、轨道非合作机动目标追踪观测及补偿滤波、空间目标协同观测及相对导航和空间目标相对状态的约束滤波估计进行了详细的分析和探讨。本书适合于相关专业领域的研究人员、研究生等。

作者简介

　　翟光，男，1979年生，2010年毕业于哈尔滨工业大学航天学院，获博士学位，现为北京理工大学宇航学院副教授，博士生导师。主要研究领域为航天器动力学与控制。近年来，围绕着星座及编队动力学与控制问题，承担国家自然科学基金青年项目、面上项目、军口863项目、重点实验室基金、航天创新基金等20余项2013年获“北京市青年英才计划”支持；迄今以第一兼通讯作者在Journal of Guidance， Control and Dynamics， IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems、Acta Astronautica、《宇航学报》等高水平期刊发表学术SCI、EI检索论文30余篇。

图书目录

第１章绪论 ……………………………………………………………………… 001
１? １空间相对导航基本概念 ……………………………………………… 003
１? ２空间相对导航系统的组成 …………………………………………… 004
１? ２? １系统构架……………………………………………………… 004
１? ２? ２相对测量敏感器及其特点 ………………………………… 005
１? ３测量数据的处理 ……………………………………………………… 007
１? ３? １图像的预处理及解算 ……………………………………… 007
１? ３? ２数据的压缩…………………………………………………… 008
１? ３? ３数据的平滑…………………………………………………… 008
１? ４相对导航滤波与估计 ………………………………………………… 009
１? ４? １线性滤波估计方法 ………………………………………… 009
１? ４? ２非线性滤波估计方法 ……………………………………… 010
１? ４? ３稳健性滤波估计方法 ……………………………………… 011
１? ５空间目标的分类 ……………………………………………………… 012
１? ５? １合作目标……………………………………………………… 012
１? ５? ２合作目标测量模式 ………………………………………… 013
１? ５? ３非合作目标…………………………………………………… 014
１? ５? ４非合作目标测量模式 ……………………………………… 014
１? ６空间相对导航技术应用领域 ………………………………………… 015
１? ６? １空间交会对接 ……………………………………………… 015
１? ６? ２编队飞行……………………………………………………… 018
１? ６? ３在轨操作……………………………………………………… 021
１? ６? ４空间目标监测 ……………………………………………… 025
参考文献 ……………………………………………………………………… 028
第２章空间目标相对动力学分析 …………………………………………… 031
２? １坐标系定义 …………………………………………………………… 033
２? １? １常用坐标系…………………………………………………… 033
２? １? ２坐标系转换…………………………………………………… 034
２? ２航天器轨道摄动模型 ………………………………………………… 035
２? ２? １轨道要素的摄动方程 ……………………………………… 035
２? ２? ２轨道摄动因素分析 ………………………………………… 037
２? ３目标探测中的变轨机动 ……………………………………………… 039
２? ３? １单脉冲变轨交会 …………………………………………… 039
２? ３? ２圆轨道双脉冲霍曼变轨交会 ……………………………… 041
２? ４目标相对轨道动力学 ………………………………………………… 042
２? ４? １向量导数法则 ……………………………………………… 042
２? ４? ２代数法相对运动模型 ……………………………………… 043
２? ４? ３线性化相对动力学 ………………………………………… 044
２? ４? ４Ｃ－Ｗ方程 …………………………………………………… 045
２? ４? ５Ｔ－Ｈ方程 …………………………………………………… 046
２? ５目标相对运动特性分析 ……………………………………………… 050
２? ５? １目标相对运动周期条件 …………………………………… 050
２? ５? ２近圆轨道目标相对运动 …………………………………… 051
２? ５? ３椭圆轨道目标相对运动 …………………………………… 051
２? ５? ４仿真分析……………………………………………………… 052
２? ６椭圆轨道目标周期相对运动 ………………………………………… 054
２? ６? １目标轨迹径向－法向投影 ………………………………… 056
２? ６? ２目标轨迹径向－横向投影 ………………………………… 057
２? ６? ３目标轨迹横向－法向投影 ………………………………… 058
２? ６? ４仿真算例……………………………………………………… 060
２? ７目标周期相对运动特性 ……………………………………………… 062
２? ７? １目标轨迹曲线的维数 ……………………………………… 063
２? ７? ２空间自相交轨迹 …………………………………………… 064
２? ８目标观测轨迹的设计 ………………………………………………… 065
２? ８? １跟飞观测轨迹 ……………………………………………… 067
２? ８? ２水平面直线观测轨迹 ……………………………………… 067
２? ８? ３轨道面圆观测轨迹 ………………………………………… 069
２? ８? ４水平面椭圆观测轨迹 ……………………………………… 070
２? ８? ５轨道面绕飞观测轨迹 ……………………………………… 071
参考文献 ……………………………………………………………………… 073
第３章相对导航滤波及性能分析 …………………………………………… 077
３? １滤波问题描述 ………………………………………………………… 079
３? ２贝叶斯估计理论 ……………………………………………………… 080
３? ２? １时间更新……………………………………………………… 080
３? ２? ２量测更新……………………………………………………… 080
３? ３高斯滤波器 …………………………………………………………… 082
３? ３? １高斯滤波器框架 …………………………………………… 082
３? ３? ２标准卡尔曼滤波 …………………………………………… 082
３? ３? ３扩展卡尔曼滤波 …………………………………………… 085
３? ３? ４无迹卡尔曼滤波 …………………………………………… 088
３? ４粒子滤波 ……………………………………………………………… 092
３? ４? １蒙特卡罗方法 ……………………………………………… 093
３? ４? ２重要性采样…………………………………………………… 093
３? ４? ３重采样步骤…………………………………………………… 094
３? ４? ４重要性密度的选择 ………………………………………… 095
３? ４? ５粒子滤波的基本框架 ……………………………………… 095
３? ５粒子滤波的改进 ……………………………………………………… 096
３? ５? １马尔可夫蒙特卡罗移动步骤 ……………………………… 096
３? ５? ２辅助变量粒子滤波 ………………………………………… 097
３? ５? ３高斯粒子滤波和无迹高斯粒子滤波 ……………………… 098
３? ５? ４滤波性能对比分析 ………………………………………… 099
３? ６空间相对导航算例仿真 ……………………………………………… 102
３? ６? １高斯噪声算例仿真与分析 ………………………………… 103
３? ６? ２ｇａｍｍａ噪声算例仿真与分析 ……………………………… 108
３? ６? ３闪烁噪声算例仿真与分析 ………………………………… 110
３? ６? ４滤波算法的比较与分析 …………………………………… 114
参考文献 ……………………………………………………………………… 114
第４章远程目标的天基光学探测 …………………………………………… 117
４? １空间相机成像的数学模型 …………………………………………… 119
４? ２目标成像模型 ………………………………………………………… 120
４? ２? １目标亮度模型 ……………………………………………… 120
４? ２? ２目标拖尾特征 ……………………………………………… 121
４? ２? ３目标点特征的扩散 ………………………………………… 123
４? ２? ４成像噪声模型 ……………………………………………… 123
４? ３图像预处理 …………………………………………………………… 124
４? ３? １高斯平滑滤波 ……………………………………………… 125
４? ３? ２中值滤波……………………………………………………… 126
４? ３? ３去除恒星背景 ……………………………………………… 127
４? ４目标特征提取 ………………………………………………………… 128
４? ４? １边缘检测……………………………………………………… 129
４? ２? ２Ｈｏｕｇｈ变换检测拖尾目标 ………………………………… 130
４? ５基于二阶中心矩的特征提取 ………………………………………… 132
４? ５? １边缘二阶中心矩 …………………………………………… 133
４? ５? ２基于连通域的二阶中心矩描述 …………………………… 134
４? ５? ３帧间匹配……………………………………………………… 136
４? ６ＲＯＩ预测提速 ………………………………………………………… 138
４? ６? １ＲＯＩ区域预测方法 ………………………………………… 138
４? ６? ２ＲＯＩ提速方法验证 ………………………………………… 140
参考文献 ……………………………………………………………………… 144
第５章轨道非合作机动目标追踪 …………………………………………… 147
５? １未知机动及其影响分析 ……………………………………………… 149
５? １? １非合作机动目标的数学模型 ……………………………… 149
５? １? ２未知机动的影响分析 ……………………………………… 150
５? ２稳健性相对导航滤波 ………………………………………………… 151
５? ２? １衰减记忆滤波 ……………………………………………… 151
５? ２? ２扩维卡尔曼滤波算法 ……………………………………… 153
５? ２? ３卡尔曼滤波算法的仿真对比分析 ………………………… 153
５? ３非合作机动目标的变结构滤波 ……………………………………… 162
５? ３? １机动检测器的设计 ………………………………………… 162
５? ３? ２扩维参数自适应卡尔曼滤波跟踪算法流程 ……………… 163
５? ３? ３仿真分析……………………………………………………… 163
参考文献 ……………………………………………………………………… 168
第６章机动观测及补偿滤波…………………………………………………… 171
６? １扰动观测器 …………………………………………………………… 173
６? ２扰动观测器的误差分析 ……………………………………………… 175
６? ３基于扰动观测器的补偿卡尔曼滤波算法 ………………………… 179
６? ３? １补偿滤波算法误差的有界性分析 ………………………… 180
６? ３? ２滤波参数对跟踪精度的影响 ……………………………… 184
６? ３? ３补偿滤波器的结构设计 …………………………………… 185
６? ３? ４结构设计中的量测数据压缩技术 ………………………… 185
６? ４仿真分析 ……………………………………………………………… 187
６? ４? １补偿观测器的跟踪精度分析 ……………………………… 187
６? ４? ２引入结构设计的精度敏感性分析 ………………………… 192
参考文献 ……………………………………………………………………… 193
第７章空间目标协同观测及相对导航 ……………………………………… 197
７? １协同观测及导航任务描述 …………………………………………… 199
７? ２协同导航的数学模型 ………………………………………………… 200
７? ２? １动力学模型…………………………………………………… 200
７? ２? ２协同测量模型 ……………………………………………… 201
７? ３集中式滤波与定位 …………………………………………………… 202
７? ３? １合作目标的集中式滤波定位 ……………………………… 202
７? ３? ２非合作目标的集中式滤波 ………………………………… 204
７? ４分布式协同滤波 ……………………………………………………… 205
７? ４? １合作分布式协同滤波 ……………………………………… 205
７? ４? ２合作分布式协同滤波性能分析 …………………………… 206
７? ４? ３非合作分布式协同滤波 …………………………………… 207
７? ４? ４非合作分布式协同滤波性能分析 ………………………… 208
７? ５协同滤波仿真分析 …………………………………………………… 211
７? ５? １非合作分布式协同滤波 …………………………………… 211
７? ５? ２非合作分布式协同滤波 …………………………………… 213
７? ５? ３实时仿真实验结果 …………………………………………235
参考文献 ……………………………………………………………………… 239