航天器制導理論與方法

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　航天器制導理論　4　
1.2.1　自動制導理論　5　
1.2.2　自主制導理論　7　
1.2.3　智能制導理論　8　
1.3　導航、制導與控制系統(tǒng)　10　
1.4　航天器制導方法的基本分類　11　
1.5航天器制導系統(tǒng)性能評估　12
思考題　14
第2章　*優(yōu)控制與數(shù)值優(yōu)化基礎　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　符號框架　26　
2.4.2　函數(shù)對象　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　人工智能與機器學習基礎　57　
3.1　人工智能基本概念　57　
3.2　機器學習基本概念　58　
3.3　Linux操作系統(tǒng)與機器學習算法軟件包　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)絡與激活函數(shù)　65　
3.5　神經(jīng)網(wǎng)絡類型　70　
3.5.1　前饋神經(jīng)網(wǎng)絡　70　
3.5.2　反饋神經(jīng)網(wǎng)絡　72
思考題　74
第4章　運載火箭主動段攝動制導　75　
4.1　攝動制導的基本原理　75　
4.1.1　運載火箭導航、制導與控制系統(tǒng)功能　75　
4.1.2　外干擾補償方法　76　
4.1.3　攝動制導方法　76　
4.2　攝動方法基礎　77　
4.2.1　正則攝動和奇異攝動　77　
4.2.2　漸近級數(shù)　79　
4.2.3　軌道攝動方法　80　
4.3　彈道攝動方程　85　
4.3.1　標準條件與標準彈道　85　
4.3.2　被動段攝動方程　87　
4.3.3　主動段彈道攝動方程　89　
4.4　射程控制方案　91　
4.4.1　按時間關機的射程控制　91　
4.4.2　按速度關機的射程控制　91　
4.5　攝動制導計算　94　
4.5.1　橫向?qū)б嬎恪?5　
4.5.2　法向?qū)б嬎恪?6
思考題　96
第5章　運載火箭主動段迭代制導　97　
5.1　顯式制導的基本原理　97　
5.1.1　近似處理方法　97　
5.1.2　預設控制函數(shù)方法　100　
5.1.3　*優(yōu)控制方法　101　
5.2　迭代制導方法　103　5.
3　運載火箭運動方程的簡化　104　
5.4　*優(yōu)控制的推導　106　
5.5　火箭姿態(tài)角的計算　110　
5.6　入軌點軌道根數(shù)約束的轉(zhuǎn)化　111　
5.7　入軌點緯度幅角的迭代計算　112　
5.8　剩余時間的迭代計算　112
思考題　113
第6章　運載火箭主動段數(shù)值優(yōu)化閉環(huán)制導　114　
6.1　數(shù)值優(yōu)化閉環(huán)制導的基本原理　114　
6.2　動力學模型及其無量綱化　116　
6.3　線性重力假設模型　117　
6.4　*大推力推進的數(shù)值優(yōu)化閉環(huán)制導　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　含無動力推進的數(shù)值優(yōu)化閉環(huán)制導　122　
6.5.1　*優(yōu)控制問題描述　122　
6.5.2　滑行段開關函數(shù)解析判斷　124
思考題　125
第7章　近地航天器軌道機動制導　126　
7.1　軌道機動的基本概念　126　
7.2　航天器軌道攔截制導　127　
7.2.1　Lambert問題　127　
7.2.2　多圈Lambert問題　132　
7.2.3　軌道攔截制導策略　138　
7.3　航天器軌道交會對接制導　141　
7.3.1　軌道交會對接制導的基本原理　141　
7.3.2　C-W相對運動動力學模型　143　
7.3.3　C-W雙脈沖交會制導　149
思考題　151
第8章　深空探測器自主制導　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　深空探測的關鍵技術(shù)　155　
8.2　深空探測自主制導典型任務　157　
8.3　深空中途修正自主制導　158　
8.3.1　中途修正的線性制導方法　158　
8.3.2　以位置和速度為終端參數(shù)的制導方法　159　
8.3.3　深空任務中途修正案例　160　
8.4　月面軟著陸顯式制導　160　
8.4.1　月面軟著陸動力學模型　161　
8.4.2　E制導　162　
8.4.3　動力下降制導　164　
8.5　小行星繞飛制導　165　
8.5.1　小行星引力場模型　166　
8.5.2　簡化動力學模型　168　
8.5.3　基于LQR的繞飛制導　168
思考題　174
第9章　航天器再入制導　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航天器再入制導方法　179　
9.3.1　標稱軌跡制導　179　
9.3.2　預測校正制導　179　
9.3.3　數(shù)值優(yōu)化閉環(huán)制導　180　
9.4　基于序列凸優(yōu)化的一級火箭垂直回收制導原理　180　
9.4.1　凸優(yōu)化方法　180　
9.4.2　動力學模型　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)絡智能制導　187　
10.1　月面軟著陸制導*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　訓練數(shù)據(jù)生成　194　
10.4　神經(jīng)網(wǎng)絡學習　196　
10.5　神經(jīng)網(wǎng)絡智能制導　198
思考題　199
參考文獻　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常用坐標系及坐標轉(zhuǎn)換　207　
B.1　常用坐標系定義　207　
B.2　常用歐拉角定義　209　
B.3　坐標系之間的轉(zhuǎn)換　210