导语

  

    由孙俊、刘付成、王剑颖和吴限德所合著的《航天器姿轨一体化动力学与控制技术(精)/中国航天技术进展丛书》一书针对该需求，以航天器姿轨一体化动力学模型为基础，设计了姿轨一体化跟踪控制、有限长时间控制与滑模变结构控制器，研究了基于对偶四元数的相对测量、位姿确定与导航方法，完成了详尽的仿真验证。研究成果能够提高单星控制能力，并能为多星在轨协同控制提供新的理论基础。

内容提要

  

    由孙俊、刘付成、王剑颖和吴限德所合著的《航天器姿轨一体化动力学与控制技术(精)/中国航天技术进展丛书》一书重点研究了航天器姿轨一体化动力学建模方法、航天器姿轨一体化鲁棒控制方法，以及基于特征测量的航天器相对视觉导航方法。以对偶四元数为数学工具，借助对偶四元数在描述螺旋运动方面的优势，将两航天器或多航天器的相对运动抽象成为螺旋运动，再利用对偶四元数建立的航天器姿态一轨道一体化动力学模型，据此设计出姿轨一体化控制器和相对导航方法，为我国航天器飞行任务的总体分析和设计提供了必要的理论基础。
    本书是作者多年理论和工程经验的总结，内容难易程度适中、前沿性与工程指导性好，可供航天领域从事航天器动力学建模、控制和导航的研究生或者工程技术人员参考。

第1章  绪论
  1.1  背景、目的及意义
  1.2  对偶四元数的应用现状
  1.3  航天器运动模型研究现状
    1.3.1  航天器一般运动的描述方法介绍
    1.3.2  航天器动力学建模方法研究现状
  1.4  航天器姿轨一体化建模研究现状
  1.5  航天器控制方法研究现状
    1.5.1  相对轨道控制算法
    1.5.2  姿态控制算法
    1.5.3  姿轨一体化控制算法
  1.6  导航方法研究现状
    1.6.1  基于特征点的位姿确定算法
    1.6.2  基于特征线的位姿确定算法
    1.6.3  视觉／惯性组合导航系统
  1.7  非线性滤波方法研究现状
  参考文献
第2章  航天器姿轨一体化相关理论基础
  2.1  引言
  2.2  数学理论基础
    2.2.1  四元数
    2.2.2  对偶数
    2.2.3  对偶四元数
    2.2.4  四元数与对偶四元数的对数运算
  2.3  非线性控制理论基础
    2.3.1  稳定性理论及预备知识
    2.3.2  滑模变结构控制
    2.3.3  有限时间控制
  2.4  小结
    参考文献
第3章  航天器姿轨一体化动力学建模与跟踪控制
  3.1  引言
  3.2  常用坐标系定义
  3.3  对偶质量与对偶动量
  3.4  航天器姿轨一体化动力学模型
    3.4.1  单航天器姿轨一体化动力学模型
    3.4.2  航天器质心相对姿轨一体化动力学模型
    3.4.3  航天器非质心相对姿轨一体化动力学模型
  3.5  单航天器姿轨一体化鲁棒跟踪控制
    3.5.1  线性滑模变结构控制器设计
    3.5.2  类PD鲁棒控制器设计
  3.6  数学仿真及结果分析
  3.7  小结
  参考文献
第4章  航天器姿轨一体化有限时间相对控制方法
  4.1  引言
  4.2  终端滑模控制器设计
    4.2.1  一般终端滑模控制算法
    4.2.2  自适应终端滑模控制算法
  4.3  快速滑模控制器
    4.3.1  航天器类拉格朗日相对运动模型
    4.3.2  快速滑模控制算法
    4.3.3  不同滑模面的收敛时间分析
  4.4  数学仿真及结果分析
  4.5  小结
  参考文献
第5章  基于偏差对偶四元数的滑模变结构控制
  5.1  引言
  5.2  基于偏差对偶四元数的相对姿轨一体化控制
    5.2.1  控制律设计
    5.2.2  仿真结果与分析
  5.3  两种控制算法的比较
  5.4  小结
  参考文献
第6章  航天器姿轨一体化其他控制方法
  6.1  引言
  6.2  姿轨耦合有限时间控制
    6.2.1  外部干扰和模型不确定性
    6.2.2  有限时间控制器
  6.3  姿轨耦合自适应控制
  6.4  仿真分析
  6.5  小结
  参考文献
第7章  基于特征测量的航天器相对导航理论基础
  7.1  引言
  7.2  坐标系定义
  7.3  基于多种几何特征的视觉测量模型
    7.3.1  基于特征点的视觉测量模型
    7.3.2  基于特征线的视觉测量模型
    7.3.3  基于特征圆的视觉测量模型
  7.4  基于特征测量的相对位姿估计算法
    7.4.1  L-M迭代算法
    7.4.2  EKF算法
    7.4.3  UKF算法
  7.5  数学仿真及结果分析
    7.5.1  基于单一特征的相对视觉导航
    7.5.2  基于多种特征的相对视觉导航
    7.5.3  不同特征配置对估计精度的影响
  7.6  小结
  参考文献
第8章  基于特征线的单目视觉相对位姿确定算法
  8.1  引言
  8.2  相对导航坐标系定义及摄像机模型
    8.2.1  坐标系定义
    8.2.2  视觉相机投影模型
  8.3  基于特征直线的相对位姿确定算法
    8.3.1  基本原理
    8.3.2  位姿转移对偶四元数估计
    8.3.3  估计方程线性化迭代算法
  8.4  数学仿真及结果分析
  8.5  小结
  参考文献
第9章  多自然特征信息融合的相对位姿确定算法
  9.1  引言
  9.2  相对导航坐标系定义及摄像机模型
    9.2.1  坐标系定义
    9.2.2  视觉相机投影模型
  9.3  多自然特征描述方法
    9.3.1  特征直线的对偶数描述
    9.3.2  特征点的对偶数描述
  9.4  基于特征点的相对位姿确定算法
    9.4.1  基本原理
    9.4.2  位姿转移对偶四元数估计
    9.4.3  估计方程线性化迭代算法
  9.5  基于特征点、线融合的相对位姿确定算法
    9.5.1  基本原理
    9.5.2  点线融合位姿确定迭代算法
  9.6  数学仿真及结果分析
      9.6.1  基于特征点的相对位姿参数确定算法验证
      9.6.2  基于特征点、线融合的相对位姿参数确定算法验证
    9.7  小结
    参考文献
第10章  基于对偶四元数的相对导航EKF算法
  10.1  引言
  10.2  扩展卡尔曼滤波器基本原理
  10.3  视觉导航扩展卡尔曼滤波算法
    10.3.1  相对运动状态方程的建立
    10.3.2  相对运动测量方程的建立
  10.4  视觉／惯性器件组合导航扩展卡尔曼滤波算法
    10.4.1  相对运动状态方程的建立
    10.4.2  相对运动测量方程的建立
  10.5  数学仿真及结果分析
    10.5.1  轨迹发生器
    10.5.2  视觉导航扩展卡尔曼滤波算法仿真条件、结果及分析
    10.5.3  视觉/惯性器件组合导航仿真条件、结果及分析
    10.5.4  基于视觉EKF算法与视觉／惯性器件组合导航仿真结果比较
  10.6  小结
  参考文献
第11章  航天器相对导航鲁棒滤波方法
  11.1  引言
  11.2  基于强跟踪滤波的相对导航方法
    11.2.1  传统强跟踪滤波器
    11.2.2  改进强跟踪滤波器
    11.2.3  滤波器稳定性分析
    11.2.4  数学仿真及结果分析
  11.3  基于鲁棒无迹卡尔曼滤波的相对导航方法
    11.3.1  单比例因子鲁棒无迹卡尔曼滤波
    11.3.2  多比例因子鲁棒无迹卡尔曼滤波
    11.3.3  数学仿真及结果分析
  11.4  小结
  参考文献