航天器制导理论与方法

目录
前言
第1章　绪论　1　
1.1　控制理论　1　
1.1.1　经典控制理论　1　
1.1.2　现代控制理论　2　
1.1.3　智能控制理论　3　
1.2　航天器制导理论　4　
1.2.1　自动制导理论　5　
1.2.2　自主制导理论　7　
1.2.3　智能制导理论　8　
1.3　导航、制导与控制系统　10　
1.4　航天器制导方法的基本分类　11　
1.5航天器制导系统性能评估　12
思考题　14
第2章　*优控制与数值优化基础　15　
2.1　*优控制问题　15　
2.2　*优控制理论　16　
2.2.1　变分法　17　
2.2.2　庞特里亚金极大/极小值原理　20　
2.2.3　贝尔曼动态规划法　21　
2.3　*优控制问题求解方法　25　
2.4　CasADi数值优化求解器　26　
2.4.1　符号框架　26　
2.4.2　函数对象　36　
2.4.3　生成C代码　40　
2.4.4　DaeBuilder类　41　
2.4.5　*优控制问题求解　43　
2.4.6　Opti stack辅助类　49　
2.4.7　二次开发软件包　50
思考题　54
第3章　人工智能与机器学习基础　57　
3.1　人工智能基本概念　57　
3.2　机器学习基本概念　58　
3.3　Linux操作系统与机器学习算法软件包　59　
3.3.1　Linux操作系统　59　
3.3.2　Python　59　
3.3.3　TensorFlow　60　
3.3.4　Keras　61　
3.3.5　Pytorch　62　
3.3.6　Google colab　63　
3.4　神经网络与激活函数　65　
3.5　神经网络类型　70　
3.5.1　前馈神经网络　70　
3.5.2　反馈神经网络　72
思考题　74
第4章　运载火箭主动段摄动制导　75　
4.1　摄动制导的基本原理　75　
4.1.1　运载火箭导航、制导与控制系统功能　75　
4.1.2　外干扰补偿方法　76　
4.1.3　摄动制导方法　76　
4.2　摄动方法基础　77　
4.2.1　正则摄动和奇异摄动　77　
4.2.2　渐近级数　79　
4.2.3　轨道摄动方法　80　
4.3　弹道摄动方程　85　
4.3.1　标准条件与标准弹道　85　
4.3.2　被动段摄动方程　87　
4.3.3　主动段弹道摄动方程　89　
4.4　射程控制方案　91　
4.4.1　按时间关机的射程控制　91　
4.4.2　按速度关机的射程控制　91　
4.5　摄动制导计算　94　
4.5.1　横向导引计算　95　
4.5.2　法向导引计算　96
思考题　96
第5章　运载火箭主动段迭代制导　97　
5.1　显式制导的基本原理　97　
5.1.1　近似处理方法　97　
5.1.2　预设控制函数方法　100　
5.1.3　*优控制方法　101　
5.2　迭代制导方法　103　5.
3　运载火箭运动方程的简化　104　
5.4　*优控制的推导　106　
5.5　火箭姿态角的计算　110　
5.6　入轨点轨道根数约束的转化　111　
5.7　入轨点纬度幅角的迭代计算　112　
5.8　剩余时间的迭代计算　112
思考题　113
第6章　运载火箭主动段数值优化闭环制导　114　
6.1　数值优化闭环制导的基本原理　114　
6.2　动力学模型及其无量纲化　116　
6.3　线性重力假设模型　117　
6.4　*大推力推进的数值优化闭环制导　118　
6.4.1　*优控制问题描述　118　
6.4.2　终端条件化简　120　
6.4.3数值求解方法　122　
6.5　含无动力推进的数值优化闭环制导　122　
6.5.1　*优控制问题描述　122　
6.5.2　滑行段开关函数解析判断　124
思考题　125
第7章　近地航天器轨道机动制导　126　
7.1　轨道机动的基本概念　126　
7.2　航天器轨道拦截制导　127　
7.2.1　Lambert问题　127　
7.2.2　多圈Lambert问题　132　
7.2.3　轨道拦截制导策略　138　
7.3　航天器轨道交会对接制导　141　
7.3.1　轨道交会对接制导的基本原理　141　
7.3.2　C-W相对运动动力学模型　143　
7.3.3　C-W双脉冲交会制导　149
思考题　151
第8章　深空探测器自主制导　153　
8.1　深空探测技术　153　
8.1.1　深空探测发展历程　153　
8.1.2　深空探测的关键技术　155　
8.2　深空探测自主制导典型任务　157　
8.3　深空中途修正自主制导　158　
8.3.1　中途修正的线性制导方法　158　
8.3.2　以位置和速度为终端参数的制导方法　159　
8.3.3　深空任务中途修正案例　160　
8.4　月面软着陆显式制导　160　
8.4.1　月面软着陆动力学模型　161　
8.4.2　E制导　162　
8.4.3　动力下降制导　164　
8.5　小行星绕飞制导　165　
8.5.1　小行星引力场模型　166　
8.5.2　简化动力学模型　168　
8.5.3　基于LQR的绕飞制导　168
思考题　174
第9章　航天器再入制导　175　
9.1　再入过程　175　
9.2　再入航天器分类　176　
9.2.1　弹道式再入航天器　177　
9.2.2　弹道-升力式再入航天器　177　
9.2.3　升力式再入航天器　178　
9.3航天器再入制导方法　179　
9.3.1　标称轨迹制导　179　
9.3.2　预测校正制导　179　
9.3.3　数值优化闭环制导　180　
9.4　基于序列凸优化的一级火箭垂直回收制导原理　180　
9.4.1　凸优化方法　180　
9.4.2　动力学模型　181　
9.4.3　*优控制问题及其序列凸化　182
思考题　186
第10章　航天器神经网络智能制导　187　
10.1　月面软着陆制导*优控制问题　187　
10.2　能量*优和燃料*优问题数值优化求解　188　
10.2.1　能量*优问题数值优化求解　188　
10.2.2　燃料*优问题数值优化求解　192　
10.3　训练数据生成　194　
10.4　神经网络学习　196　
10.5　神经网络智能制导　198
思考题　199
参考文献　200　
附录　202
附录　A飞行仿真环境模型　202　A.1　地球模型　202　
A.2　大气模型　203
附录　B常用坐标系及坐标转换　207　
B.1　常用坐标系定义　207　
B.2　常用欧拉角定义　209　
B.3　坐标系之间的转换　210