航天器制導(dǎo)理論與方法

目錄
前言
第1章　緒論　1　
1.1　控制理論　1　
1.1.1　經(jīng)典控制理論　1　
1.1.2　現(xiàn)代控制理論　2　
1.1.3　智能控制理論　3　
1.2　航天器制導(dǎo)理論　4　
1.2.1　自動(dòng)制導(dǎo)理論　5　
1.2.2　自主制導(dǎo)理論　7　
1.2.3　智能制導(dǎo)理論　8　
1.3　導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)　10　
1.4　航天器制導(dǎo)方法的基本分類　11　
1.5航天器制導(dǎo)系統(tǒng)性能評(píng)估　12
思考題　14
第2章　*優(yōu)控制與數(shù)值優(yōu)化基礎(chǔ)　15　
2.1　*優(yōu)控制問題　15　
2.2　*優(yōu)控制理論　16　
2.2.1　變分法　17　
2.2.2　龐特里亞金極大/極小值原理　20　
2.2.3　貝爾曼動(dòng)態(tài)規(guī)劃法　21　
2.3　*優(yōu)控制問題求解方法　25　
2.4　CasADi數(shù)值優(yōu)化求解器　26　
2.4.1　符號(hào)框架　26　
2.4.2　函數(shù)對(duì)象　36　
2.4.3　生成C代碼　40　
2.4.4　DaeBuilder類　41　
2.4.5　*優(yōu)控制問題求解　43　
2.4.6　Opti stack輔助類　49　
2.4.7　二次開發(fā)軟件包　50
思考題　54
第3章　人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)　57　
3.1　人工智能基本概念　57　
3.2　機(jī)器學(xué)習(xí)基本概念　58　
3.3　Linux操作系統(tǒng)與機(jī)器學(xué)習(xí)算法軟件包　59　
3.3.1　Linux操作系統(tǒng)　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　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與激活函數(shù)　65　
3.5　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類型　70　
3.5.1　前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)　70　
3.5.2　反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)　72
思考題　74
第4章　運(yùn)載火箭主動(dòng)段攝動(dòng)制導(dǎo)　75　
4.1　攝動(dòng)制導(dǎo)的基本原理　75　
4.1.1　運(yùn)載火箭導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)功能　75　
4.1.2　外干擾補(bǔ)償方法　76　
4.1.3　攝動(dòng)制導(dǎo)方法　76　
4.2　攝動(dòng)方法基礎(chǔ)　77　
4.2.1　正則攝動(dòng)和奇異攝動(dòng)　77　
4.2.2　漸近級(jí)數(shù)　79　
4.2.3　軌道攝動(dòng)方法　80　
4.3　彈道攝動(dòng)方程　85　
4.3.1　標(biāo)準(zhǔn)條件與標(biāo)準(zhǔn)彈道　85　
4.3.2　被動(dòng)段攝動(dòng)方程　87　
4.3.3　主動(dòng)段彈道攝動(dòng)方程　89　
4.4　射程控制方案　91　
4.4.1　按時(shí)間關(guān)機(jī)的射程控制　91　
4.4.2　按速度關(guān)機(jī)的射程控制　91　
4.5　攝動(dòng)制導(dǎo)計(jì)算　94　
4.5.1　橫向?qū)б?jì)算　95　
4.5.2　法向?qū)б?jì)算　96
思考題　96
第5章　運(yùn)載火箭主動(dòng)段迭代制導(dǎo)　97　
5.1　顯式制導(dǎo)的基本原理　97　
5.1.1　近似處理方法　97　
5.1.2　預(yù)設(shè)控制函數(shù)方法　100　
5.1.3　*優(yōu)控制方法　101　
5.2　迭代制導(dǎo)方法　103　5.
3　運(yùn)載火箭運(yùn)動(dòng)方程的簡化　104　
5.4　*優(yōu)控制的推導(dǎo)　106　
5.5　火箭姿態(tài)角的計(jì)算　110　
5.6　入軌點(diǎn)軌道根數(shù)約束的轉(zhuǎn)化　111　
5.7　入軌點(diǎn)緯度幅角的迭代計(jì)算　112　
5.8　剩余時(shí)間的迭代計(jì)算　112
思考題　113
第6章　運(yùn)載火箭主動(dòng)段數(shù)值優(yōu)化閉環(huán)制導(dǎo)　114　
6.1　數(shù)值優(yōu)化閉環(huán)制導(dǎo)的基本原理　114　
6.2　動(dòng)力學(xué)模型及其無量綱化　116　
6.3　線性重力假設(shè)模型　117　
6.4　*大推力推進(jìn)的數(shù)值優(yōu)化閉環(huán)制導(dǎo)　118　
6.4.1　*優(yōu)控制問題描述　118　
6.4.2　終端條件化簡　120　
6.4.3數(shù)值求解方法　122　
6.5　含無動(dòng)力推進(jìn)的數(shù)值優(yōu)化閉環(huán)制導(dǎo)　122　
6.5.1　*優(yōu)控制問題描述　122　
6.5.2　滑行段開關(guān)函數(shù)解析判斷　124
思考題　125
第7章　近地航天器軌道機(jī)動(dòng)制導(dǎo)　126　
7.1　軌道機(jī)動(dòng)的基本概念　126　
7.2　航天器軌道攔截制導(dǎo)　127　
7.2.1　Lambert問題　127　
7.2.2　多圈Lambert問題　132　
7.2.3　軌道攔截制導(dǎo)策略　138　
7.3　航天器軌道交會(huì)對(duì)接制導(dǎo)　141　
7.3.1　軌道交會(huì)對(duì)接制導(dǎo)的基本原理　141　
7.3.2　C-W相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型　143　
7.3.3　C-W雙脈沖交會(huì)制導(dǎo)　149
思考題　151
第8章　深空探測器自主制導(dǎo)　153　
8.1　深空探測技術(shù)　153　
8.1.1　深空探測發(fā)展歷程　153　
8.1.2　深空探測的關(guān)鍵技術(shù)　155　
8.2　深空探測自主制導(dǎo)典型任務(wù)　157　
8.3　深空中途修正自主制導(dǎo)　158　
8.3.1　中途修正的線性制導(dǎo)方法　158　
8.3.2　以位置和速度為終端參數(shù)的制導(dǎo)方法　159　
8.3.3　深空任務(wù)中途修正案例　160　
8.4　月面軟著陸顯式制導(dǎo)　160　
8.4.1　月面軟著陸動(dòng)力學(xué)模型　161　
8.4.2　E制導(dǎo)　162　
8.4.3　動(dòng)力下降制導(dǎo)　164　
8.5　小行星繞飛制導(dǎo)　165　
8.5.1　小行星引力場模型　166　
8.5.2　簡化動(dòng)力學(xué)模型　168　
8.5.3　基于LQR的繞飛制導(dǎo)　168
思考題　174
第9章　航天器再入制導(dǎo)　175　
9.1　再入過程　175　
9.2　再入航天器分類　176　
9.2.1　彈道式再入航天器　177　
9.2.2　彈道-升力式再入航天器　177　
9.2.3　升力式再入航天器　178　
9.3航天器再入制導(dǎo)方法　179　
9.3.1　標(biāo)稱軌跡制導(dǎo)　179　
9.3.2　預(yù)測校正制導(dǎo)　179　
9.3.3　數(shù)值優(yōu)化閉環(huán)制導(dǎo)　180　
9.4　基于序列凸優(yōu)化的一級(jí)火箭垂直回收制導(dǎo)原理　180　
9.4.1　凸優(yōu)化方法　180　
9.4.2　動(dòng)力學(xué)模型　181　
9.4.3　*優(yōu)控制問題及其序列凸化　182
思考題　186
第10章　航天器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能制導(dǎo)　187　
10.1　月面軟著陸制導(dǎo)*優(yōu)控制問題　187　
10.2　能量*優(yōu)和燃料*優(yōu)問題數(shù)值優(yōu)化求解　188　
10.2.1　能量*優(yōu)問題數(shù)值優(yōu)化求解　188　
10.2.2　燃料*優(yōu)問題數(shù)值優(yōu)化求解　192　
10.3　訓(xùn)練數(shù)據(jù)生成　194　
10.4　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)　196　
10.5　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能制導(dǎo)　198
思考題　199
參考文獻(xiàn)　200　
附錄　202
附錄　A飛行仿真環(huán)境模型　202　A.1　地球模型　202　
A.2　大氣模型　203
附錄　B常用坐標(biāo)系及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換　207　
B.1　常用坐標(biāo)系定義　207　
B.2　常用歐拉角定義　209　
B.3　坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換　210