空間目標相對導航與濾波技術

定　價：￥68.00

作　者：	翟光著
出版社：	北京理工大學出版社
叢編項：
標　簽：	暫缺

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ISBN：	9787568281348	出版時間：	2020-05-01	包裝：	平裝
開本：	16開	頁數(shù)：		字數(shù)：

內(nèi)容簡介

　　空間目標相對導航與濾波技術涉及到相對軌道動力學、測量敏感器、導航濾波等關鍵技術。根據(jù)空間目標和測量任務的不同，相對測量與導航任務所采用的敏感器、導航濾波算法等也不盡相同。航天器的相對動力學模型可以通過軌道動力學作差、一系列的坐標轉換，最終得到追蹤航天器軌道坐標系下的相對軌道動力學模型。航天器的相對運動會受到各種不確定性因素的影響，通常將不確定性因素視為噪聲，并引入到動力學模型和測量模型中。此時有必要引入濾波器，從而提高狀態(tài)估計的精度。此外，本書對遠程目標天基光學探測、軌道非合作機動目標追蹤觀測及補償濾波、空間目標協(xié)同觀測及相對導航和空間目標相對狀態(tài)的約束濾波估計進行了詳細的分析和探討。本書適合于相關專業(yè)領域的研究人員、研究生等。

作者簡介

　　翟光，男，1979年生，2010年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學航天學院，獲博士學位，現(xiàn)為北京理工大學宇航學院副教授，博士生導師。主要研究領域為航天器動力學與控制。近年來，圍繞著星座及編隊動力學與控制問題，承擔國家自然科學基金青年項目、面上項目、軍口863項目、重點實驗室基金、航天創(chuàng)新基金等20余項2013年獲“北京市青年英才計劃”支持；迄今以第一兼通訊作者在Journal of Guidance， Control and Dynamics， IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems、Acta Astronautica、《宇航學報》等高水平期刊發(fā)表學術SCI、EI檢索論文30余篇。

圖書目錄

第１章緒論 ……………………………………………………………………… 001
１? １空間相對導航基本概念 ……………………………………………… 003
１? ２空間相對導航系統(tǒng)的組成 …………………………………………… 004
１? ２? １系統(tǒng)構架……………………………………………………… 004
１? ２? ２相對測量敏感器及其特點 ………………………………… 005
１? ３測量數(shù)據(jù)的處理 ……………………………………………………… 007
１? ３? １圖像的預處理及解算 ……………………………………… 007
１? ３? ２數(shù)據(jù)的壓縮…………………………………………………… 008
１? ３? ３數(shù)據(jù)的平滑…………………………………………………… 008
１? ４相對導航濾波與估計 ………………………………………………… 009
１? ４? １線性濾波估計方法 ………………………………………… 009
１? ４? ２非線性濾波估計方法 ……………………………………… 010
１? ４? ３穩(wěn)健性濾波估計方法 ……………………………………… 011
１? ５空間目標的分類 ……………………………………………………… 012
１? ５? １合作目標……………………………………………………… 012
１? ５? ２合作目標測量模式 ………………………………………… 013
１? ５? ３非合作目標…………………………………………………… 014
１? ５? ４非合作目標測量模式 ……………………………………… 014
１? ６空間相對導航技術應用領域 ………………………………………… 015
１? ６? １空間交會對接 ……………………………………………… 015
１? ６? ２編隊飛行……………………………………………………… 018
１? ６? ３在軌操作……………………………………………………… 021
１? ６? ４空間目標監(jiān)測 ……………………………………………… 025
參考文獻 ……………………………………………………………………… 028
第２章空間目標相對動力學分析 …………………………………………… 031
２? １坐標系定義 …………………………………………………………… 033
２? １? １常用坐標系…………………………………………………… 033
２? １? ２坐標系轉換…………………………………………………… 034
２? ２航天器軌道攝動模型 ………………………………………………… 035
２? ２? １軌道要素的攝動方程 ……………………………………… 035
２? ２? ２軌道攝動因素分析 ………………………………………… 037
２? ３目標探測中的變軌機動 ……………………………………………… 039
２? ３? １單脈沖變軌交會 …………………………………………… 039
２? ３? ２圓軌道雙脈沖霍曼變軌交會 ……………………………… 041
２? ４目標相對軌道動力學 ………………………………………………… 042
２? ４? １向量導數(shù)法則 ……………………………………………… 042
２? ４? ２代數(shù)法相對運動模型 ……………………………………… 043
２? ４? ３線性化相對動力學 ………………………………………… 044
２? ４? ４Ｃ－Ｗ方程 …………………………………………………… 045
２? ４? ５Ｔ－Ｈ方程 …………………………………………………… 046
２? ５目標相對運動特性分析 ……………………………………………… 050
２? ５? １目標相對運動周期條件 …………………………………… 050
２? ５? ２近圓軌道目標相對運動 …………………………………… 051
２? ５? ３橢圓軌道目標相對運動 …………………………………… 051
２? ５? ４仿真分析……………………………………………………… 052
２? ６橢圓軌道目標周期相對運動 ………………………………………… 054
２? ６? １目標軌跡徑向－法向投影 ………………………………… 056
２? ６? ２目標軌跡徑向－橫向投影 ………………………………… 057
２? ６? ３目標軌跡橫向－法向投影 ………………………………… 058
２? ６? ４仿真算例……………………………………………………… 060
２? ７目標周期相對運動特性 ……………………………………………… 062
２? ７? １目標軌跡曲線的維數(shù) ……………………………………… 063
２? ７? ２空間自相交軌跡 …………………………………………… 064
２? ８目標觀測軌跡的設計 ………………………………………………… 065
２? ８? １跟飛觀測軌跡 ……………………………………………… 067
２? ８? ２水平面直線觀測軌跡 ……………………………………… 067
２? ８? ３軌道面圓觀測軌跡 ………………………………………… 069
２? ８? ４水平面橢圓觀測軌跡 ……………………………………… 070
２? ８? ５軌道面繞飛觀測軌跡 ……………………………………… 071
參考文獻 ……………………………………………………………………… 073
第３章相對導航濾波及性能分析 …………………………………………… 077
３? １濾波問題描述 ………………………………………………………… 079
３? ２貝葉斯估計理論 ……………………………………………………… 080
３? ２? １時間更新……………………………………………………… 080
３? ２? ２量測更新……………………………………………………… 080
３? ３高斯濾波器 …………………………………………………………… 082
３? ３? １高斯濾波器框架 …………………………………………… 082
３? ３? ２標準卡爾曼濾波 …………………………………………… 082
３? ３? ３擴展卡爾曼濾波 …………………………………………… 085
３? ３? ４無跡卡爾曼濾波 …………………………………………… 088
３? ４粒子濾波 ……………………………………………………………… 092
３? ４? １蒙特卡羅方法 ……………………………………………… 093
３? ４? ２重要性采樣…………………………………………………… 093
３? ４? ３重采樣步驟…………………………………………………… 094
３? ４? ４重要性密度的選擇 ………………………………………… 095
３? ４? ５粒子濾波的基本框架 ……………………………………… 095
３? ５粒子濾波的改進 ……………………………………………………… 096
３? ５? １馬爾可夫蒙特卡羅移動步驟 ……………………………… 096
３? ５? ２輔助變量粒子濾波 ………………………………………… 097
３? ５? ３高斯粒子濾波和無跡高斯粒子濾波 ……………………… 098
３? ５? ４濾波性能對比分析 ………………………………………… 099
３? ６空間相對導航算例仿真 ……………………………………………… 102
３? ６? １高斯噪聲算例仿真與分析 ………………………………… 103
３? ６? ２ｇａｍｍａ噪聲算例仿真與分析 ……………………………… 108
３? ６? ３閃爍噪聲算例仿真與分析 ………………………………… 110
３? ６? ４濾波算法的比較與分析 …………………………………… 114
參考文獻 ……………………………………………………………………… 114
第４章遠程目標的天基光學探測 …………………………………………… 117
４? １空間相機成像的數(shù)學模型 …………………………………………… 119
４? ２目標成像模型 ………………………………………………………… 120
４? ２? １目標亮度模型 ……………………………………………… 120
４? ２? ２目標拖尾特征 ……………………………………………… 121
４? ２? ３目標點特征的擴散 ………………………………………… 123
４? ２? ４成像噪聲模型 ……………………………………………… 123
４? ３圖像預處理 …………………………………………………………… 124
４? ３? １高斯平滑濾波 ……………………………………………… 125
４? ３? ２中值濾波……………………………………………………… 126
４? ３? ３去除恒星背景 ……………………………………………… 127
４? ４目標特征提取 ………………………………………………………… 128
４? ４? １邊緣檢測……………………………………………………… 129
４? ２? ２Ｈｏｕｇｈ變換檢測拖尾目標 ………………………………… 130
４? ５基于二階中心矩的特征提取 ………………………………………… 132
４? ５? １邊緣二階中心矩 …………………………………………… 133
４? ５? ２基于連通域的二階中心矩描述 …………………………… 134
４? ５? ３幀間匹配……………………………………………………… 136
４? ６ＲＯＩ預測提速 ………………………………………………………… 138
４? ６? １ＲＯＩ區(qū)域預測方法 ………………………………………… 138
４? ６? ２ＲＯＩ提速方法驗證 ………………………………………… 140
參考文獻 ……………………………………………………………………… 144
第５章軌道非合作機動目標追蹤 …………………………………………… 147
５? １未知機動及其影響分析 ……………………………………………… 149
５? １? １非合作機動目標的數(shù)學模型 ……………………………… 149
５? １? ２未知機動的影響分析 ……………………………………… 150
５? ２穩(wěn)健性相對導航濾波 ………………………………………………… 151
５? ２? １衰減記憶濾波 ……………………………………………… 151
５? ２? ２擴維卡爾曼濾波算法 ……………………………………… 153
５? ２? ３卡爾曼濾波算法的仿真對比分析 ………………………… 153
５? ３非合作機動目標的變結構濾波 ……………………………………… 162
５? ３? １機動檢測器的設計 ………………………………………… 162
５? ３? ２擴維參數(shù)自適應卡爾曼濾波跟蹤算法流程 ……………… 163
５? ３? ３仿真分析……………………………………………………… 163
參考文獻 ……………………………………………………………………… 168
第６章機動觀測及補償濾波…………………………………………………… 171
６? １擾動觀測器 …………………………………………………………… 173
６? ２擾動觀測器的誤差分析 ……………………………………………… 175
６? ３基于擾動觀測器的補償卡爾曼濾波算法 ………………………… 179
６? ３? １補償濾波算法誤差的有界性分析 ………………………… 180
６? ３? ２濾波參數(shù)對跟蹤精度的影響 ……………………………… 184
６? ３? ３補償濾波器的結構設計 …………………………………… 185
６? ３? ４結構設計中的量測數(shù)據(jù)壓縮技術 ………………………… 185
６? ４仿真分析 ……………………………………………………………… 187
６? ４? １補償觀測器的跟蹤精度分析 ……………………………… 187
６? ４? ２引入結構設計的精度敏感性分析 ………………………… 192
參考文獻 ……………………………………………………………………… 193
第７章空間目標協(xié)同觀測及相對導航 ……………………………………… 197
７? １協(xié)同觀測及導航任務描述 …………………………………………… 199
７? ２協(xié)同導航的數(shù)學模型 ………………………………………………… 200
７? ２? １動力學模型…………………………………………………… 200
７? ２? ２協(xié)同測量模型 ……………………………………………… 201
７? ３集中式濾波與定位 …………………………………………………… 202
７? ３? １合作目標的集中式濾波定位 ……………………………… 202
７? ３? ２非合作目標的集中式濾波 ………………………………… 204
７? ４分布式協(xié)同濾波 ……………………………………………………… 205
７? ４? １合作分布式協(xié)同濾波 ……………………………………… 205
７? ４? ２合作分布式協(xié)同濾波性能分析 …………………………… 206
７? ４? ３非合作分布式協(xié)同濾波 …………………………………… 207
７? ４? ４非合作分布式協(xié)同濾波性能分析 ………………………… 208
７? ５協(xié)同濾波仿真分析 …………………………………………………… 211
７? ５? １非合作分布式協(xié)同濾波 …………………………………… 211
７? ５? ２非合作分布式協(xié)同濾波 …………………………………… 213
７? ５? ３實時仿真實驗結果 …………………………………………235
參考文獻 ……………………………………………………………………… 239