空间非合作目标安全接近控制技术

目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 空间非合作目标的概念与特征/1
1.2 安全接近问题的内涵与特点/2
1.2.1 安全接近问题的内涵与描述/2
1.2.2 空间非合作目标安全接近的特点/5
1.3 国内外安全接近任务研究概况/7
1.3.1 交会对接类任务/7
1.3.2 空间碎片抓捕类任务/9
1.3.3 在轨维护类任务/11
1.3.4 总结评述/13
1.4 国内外相关理论研究进展/14
1.4.1 航天器相对运动建模方法研究进展/14
1.4.2 航天器控制理论与方法研究进展/16
1.4.3 航天器复杂外形重构研究进展/17
1.4.4 航天器安全接近控制方法研究进展/18
1.4.5 航天器近距离安全区与可达理论发展现状/20
1.4.6 航天器不确定性分析研究进展/21
1.4.7 非合作目标地面实验研究进展/22
1.5 本书主要内容/23
参考文献/24
第2章 航天器近距离相对运动建模方法 33
2.1 轨道相对运动模型/34
2.1.1 坐标系定义和转换/34
2.1.2 LVLH坐标系下的相对运动模型/37
2.1.3 目标体坐标系下的相对运动模型/39
2.2 姿态相对运动模型/40
2.2.1 单刚体转动动力学/40
2.2.2 欧拉角表示的相对姿态动力学/41
2.2.3 姿态动力学模型线性化误差分析/41
2.3 姿轨耦合相对运动模型/43
2.3.1 对偶四元数及一般运动描述/44
2.3.2 基于对偶四元数的相对运动模型/46
2.3.3 与传统相对运动方程比较/47
2.3.4 姿轨耦合特性分析/49
2.4 本章小结/50
参考文献/50
第3章 非合作目标近距离姿轨跟踪控制 52
3.1 空间非合作目标翻滚运动描述/53
3.1.1 空间非合作目标翻滚运动建模/53
3.1.2 空间非合作目标翻滚运动仿真/55
3.2 基于状态相关黎卡提方程的姿轨联合控制/57
3.2.1 问题描述/58
3.2.2 期望输入法和折减指标法设计/60
3.2.3 基于状态相关黎卡提方程的跟踪控制仿真/65
3.3 基于模型预测控制算法的姿轨联合控制/69
3.3.1 模型预测控制理论/69
3.3.2 显式模型预测控制器设计/71
3.3.3 基于显式模型预测控制的全局离线姿轨跟踪/73
3.4 基于非奇异终端滑模控制算法的姿轨耦合控制/75
3.4.1 非线性控制理论介绍/75
3.4.2 非奇异终端滑模控制器设计/77
3.4.3 基于非奇异终端滑模的姿轨耦合控制仿真/86
3.5 本章小结/92
参考文献/93
第4章 空间非合作目标外形表征方法 95
4.1 *小体积包络法/96
4.1.1 球形/多面体包络法/96
4.1.2 超二次曲面包络/97
4.1.3 其他表征方法/98
4.2 空间距离估计方法/98
4.2.1 空间位置关系/98
4.2.2 距离估计模型/99
4.2.3 椭球形距离估计方法与仿真分析/105
4.3 GMM采样重构法/113
4.3.1 GMM采样重构法发展现状/113
4.3.2 GMM采样重构法求解方法/114
4.3.3 GMM重构外形仿真/116
4.4 本章小结/117
参考文献/118
第5章 非合作目标安全接近的势函数控制方法 121
5.1 势函数方法的基本原理/122
5.1.1 势场描述/122
5.1.2 典型势函数/122
5.2 基于Sigmoid势函数的避障控制/126
5.2.1 Sigmoid势函数数学模型/126
5.2.2 椭球形障碍物避障控制律设计/129
5.2.3 长方体障碍物避障控制律设计/134
5.3 基于复合势函数的六自由度安全接近控制方法/143
5.3.1 考虑目标旋转时的势函数建立/144
5.3.2 六自由度复合控制器设计/147
5.3.3 仿真分析/152
5.4 本章小结/165
参考文献/165
第6章 复杂外形非合作目标安全接近控制方法 167
6.1 目标复杂外形的约束建模/168
6.1.1 目标姿态静止的复杂外形约束建模/168
6.1.2 目标姿态翻滚的复杂外形约束建模/171
6.2 静止复杂外形目标的有限时间控制方法/176
6.2.1 非奇异积分双环滑模控制器设计/177
6.2.2 稳定性分析/179
6.2.3 仿真分析/179
6.3 旋转复杂外形目标的固定时间控制方法/183
6.3.1 固定时间控制器设计/183
6.3.2 稳定性分析/185
6.3.3 仿真分析/186
6.4 本章小结/191
参考文献/191
第7章 复杂外形双航天器安全接近控制方法 193
7.1 双复杂外形约束与相对姿态约束融合的避撞约束构建方法/195
7.1.1 临界安全曲线理论/195
7.1.2 临界安全曲线仿真分析/203
7.2 双复杂外形约束下的轨迹规划方法/205
7.2.1 基于改进水流法的轨迹规划算法/206
7.2.2 多约束耦合作用下的速度规划方法/212
7.2.3 面向旋转目标的轨迹规划方法/217
7.3 基于模型预测控制与双复杂外形约束的姿轨联合控制/221
7.3.1 面向非旋目标的姿轨联合控制器设计/221
7.3.2 面向旋转目标的姿轨联合控制器设计/225
7.4 本章小结/230
参考文献/231
第8章 不确定条件下的航天器近距离悬停控制 233
8.1 不确定条件下的碰撞风险评估/234
8.1.1 常用碰撞风险评估方法/234
8.1.2 轨道偏差预报与仿真分析/235
8.1.3 碰撞概率计算方法/245
8.2 导航偏差影响下的悬停误差带建立/254
8.2.1 基于协方差分析描述函数法的导航偏差传播/254
8.2.2 安全接近区的定义与建立/258
8.3 基于降维固定时间的欠驱动悬停控制/260
8.3.1 欠驱动系统能控性分析/260
8.3.2 基于降维固定时间的欠驱动控制器设计/263
8.3.3 欠驱动悬停控制仿真分析/268
8.4 本章小结/270
参考文献/270
第9章 非合作目标相对运动可达域与安全区构建 272
9.1 基于奇诺多面体的航天器相对运动可达域构建/272
9.1.1 可达概念与*优控制的关系/272
9.1.2 基于奇诺多面体的相对可达域理论/275
9.1.3 失效航天器终端接近可达性分析/279
9.1.4 基于奇诺多面体可达域的碰撞预警分析/287
9.2 相对运动安全区及其在航天器碰撞预警中的应用/296
9.2.1 常用相对运动安全区构建方法/296
9.2.2 系统性能参数影响/302
9.2.3 动态安全域/303
9.2.4 碰撞风险评估“3C”模型/305
9.3 本章小结/306
参考文献/306
第10章 非合作目标安全接近控制实验技术 310
10.1 安全接近地面气浮模拟实验系统介绍/310
10.1.1 地面气浮实验平台硬件系统/310
10.1.2 地面气浮实验平台软件系统/314
10.1.3 地面气浮实验平台系统参数辨识/315
10.1.4 动力学模型简化/316
10.2 路经约束下*优跟踪控制算法地面实验/317
10.2.1 期望输入*优跟踪控制算法实验验证/317
10.2.2 路径约束*优控制算法实验验证/319
10.3 非合作目标位姿跟踪控制算法地面实验/321
10.3.1 非合作目标位姿跟踪任务场景描述/321
10.3.2 非合作目标位姿跟踪控制器设计/321
10.3.3 实验结果分析/322
10.4 复杂外形目标安全接近控制算法地面实验/327
10.4.1 复杂外形目标安全接近实验场景描述/327
10.4.2 模拟目标航天器复杂外形重构/327
10.4.3 复杂外形目标安全接近控制器设计/328
10.4.4 复杂外形目标安全接近实验结果分析/329
10.5 双星在轨接近飞行实验简介/333
10.5.1 飞行实验任务概述/334
10.5.2 飞行实验仿真数据/335
10.6 本章小结/337
参考文献/338
第11章 非合作目标安全接近技术总结与展望 339
11.1 非合作目标安全接近关键技术总结/339
11.2 非合作目标安全接近技术发展展望/342