空间飞行器导航 制导与控制

　　本书系统地介绍了空间飞行器动力学及导航、制导与控制的基本理论，从牛顿力学原理出发，论述了多摄动源情况下的空间飞行器绝对轨道动力学方程和相对轨道动力学方程;介绍了地球引力摄动下的轨道几何演化规律、摄动三体问题的晕轨道和纺锤线轨道特征，摄动轨道无奇异外推解析方法和动力学定轨理论，基于在轨姿态敏感器信息的自主导航理论和动力飞行时的惯性导航理论;论述了空间轨道转移、轨道维持、交会对接和空间拦截等的*省燃料冲量轨道机动策略以及精确的有限推力轨道控制策略设计理论和方法;介绍了三维空间中月球探测和火星探测轨道机动任务规划方法。本书融入了空间飞行器动力学及导航、制导与控制的新近国内外研究成果，可作为飞行器设计和相关专业高年级本科生和研究生的教材，也可作为相关专业工程技术人员的参考书。

　　高长生1978年生，工学博士，哈尔滨工业大学航天学院航空宇航学科教授、博士生导师。围绕临近空间飞行器、导弹攻防对抗体系、月球探测等航天任务背景，开展飞行动力学、跟踪制导与控制问题研究。主持国家自然科学基金2项，国防基础科研计划重点项目1项，教育部博士点基金1项，参与航天单位合作课题等30余项。获黑龙江省教学成果二等奖1项。发表学术论文40余篇、教学研究论文5篇，出版教材译著共2部，申请发明专利4项。荆武兴1965年生，河南鹿邑人，1986年本科毕业于河南师范大学数学系，分别于1989年、1994年在哈尔滨工业大学航天学院获得工学硕士和工学博士学位。2000年留学于英国格拉斯哥大学航空宇航系。1994年、1999年在哈尔滨工业大学分别被评为副教授和教授，现任哈尔滨工业大学长聘教授，博士生导师，飞行动力学与控制学术团队责任教授，航天工程系副主任，黑龙江省航天工程实验教学示范中心主任，黑龙江省宇航学会理事长，黑龙江省天文学会理事长。主要从事飞行器自主导航、非线性制导以及动力学与控制耦合等方面的科研和教学工作。曾获国防科学技术二等奖1项，原国家教委科技进步二等奖1项，黑龙江省教学成果二等奖1项，部级三等奖5项，主持国家自然科学基金3项，负责863计划项目6项，参加国家基金重大、重点项目各1项。在《中国科学》《航空学报》《宇航学报》和AIAA Journal of GCD、Automatica等国内外学术期刊发表论文120余篇。已经培养毕业博士生20余人，硕士生50余人。承担研究生学位课“空间飞行器导航制导与控制”、本科生必修课“飞行器设计综合实验”“飞行器系统仿真专题”等课程的教学与实践工作。

第 1 章 天文学和地球物理学的基本概念1
1．1　宇宙、银河系和太阳系　2
1．2　地球和月球　11
1．3　坐标系及其变换　15
1．4　相对运动　28
1．5　时间系统　33
第　2 章 空间飞行器轨道动力学基础39
2．1　牛顿力学定律　40
2．2　航天器轨道动力学的一般方程　43
2．3　二体问题及开普勒轨道　45
2．4　密切轨道要素表示的动力学方程　53
2．5　春分点轨道要素表示的动力学方程　59
2．6　四元数轨道要素表示的动力学方程　63
2．7　地球引力势函数及非球形引力摄动下的轨道几何形变　69
2．8　太阳引力摄动及若干典型轨道　78
第　3 章 空间飞行器经典导航理论93
3．1　密切轨道六要素与飞行器位置、速度的关系　95
3．2　初始轨道的确定　98
3．3　基于高精度动力学模型的精确轨道确定　107
3．4　航天器实时导航　111
第　4 章 空间飞行器自主导航理论132
4．1　基于 GPS 信息的航天器导航　133
4．2　基于自然天体信息的航天器自主导航　139
4．3　基于惯性测量单元的航天器自主导航　151
第　5 章 空间飞行器轨道转移冲量制导160
5．1　冲量制导的燃料消耗与推161
5．2　共面轨道转移冲量最优策略　163
5．3　异面轨道转移冲量最优策略　180
5．4　地月轨道转移冲量策略　197
5．5　月地轨道转移冲量策略　207
5．6　月球引力辅助轨道转移的能量改变机理　213
5．7　行星际航行冲量策略　218
第　6 章 相对运动轨道动力学与冲量交会制导236
6．1　相对运动轨道动力学方程　238
6．2　追踪航天器相对目标航天器运动的几何特征　243
6．3　远程导引冲量策略　255
6．4　近程导引冲量策略　263
6．5　空间拦截冲量制导策略　272
第　7 章 空间飞行器有限推力轨道控制283
7．1　有限推力轨道机动的动力学方程　284
7．2　有限推力最省燃料制导策略　286
7．3　推力方向惯性固定的制导策略　291
7．4　当地推力仰角线性和推力偏角固定的制导策略　294
7．5　有限推力天基拦截制导策略　297
7．6　有限推力交会逼近制导策略　301
参考文献312
名词索引315