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空間目標相對導航與濾波技術

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: 字數:  

內容簡介

  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 測量數據的處理 ……………………………………………………… 007
1? 3? 1 圖像的預處理及解算 ……………………………………… 007
1? 3? 2 數據的壓縮…………………………………………………… 008
1? 3? 3 數據的平滑…………………………………………………… 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 向量導數法則 ……………………………………………… 042
2? 4? 2 代數法相對運動模型 ……………………………………… 043
2? 4? 3 線性化相對動力學 ………………………………………… 044
2? 4? 4 C - W 方程 …………………………………………………… 045
2? 4? 5 T - 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 ……………………………………… 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? 2 gamma 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? 2 Hough 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? 6 ROI 預測提速 ………………………………………………………… 138
4? 6? 1 ROI 區(qū)域預測方法 ………………………………………… 138
4? 6? 2 ROI 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據壓縮技術 ………………………… 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 空間目標協同觀測及相對導航 ……………………………………… 197
7? 1 協同觀測及導航任務描述 …………………………………………… 199
7? 2 協同導航的數學模型 ………………………………………………… 200
7? 2? 1 動力學模型…………………………………………………… 200
7? 2? 2 協同測量模型 ……………………………………………… 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 分布式協同濾波 ……………………………………………………… 205
7? 4? 1 合作分布式協同濾波 ……………………………………… 205
7? 4? 2 合作分布式協同濾波性能分析 …………………………… 206
7? 4? 3 非合作分布式協同濾波 …………………………………… 207
7? 4? 4 非合作分布式協同濾波性能分析 ………………………… 208
7? 5 協同濾波仿真分析 …………………………………………………… 211
7? 5? 1 非合作分布式協同濾波 …………………………………… 211
7? 5? 2 非合作分布式協同濾波 …………………………………… 213
7? 5? 3 實時仿真實驗結果 …………………………………………235
參考文獻 ……………………………………………………………………… 239

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