卫星姿态动力学与控制(2) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:宇航出版社

作者:屠善澄 编

出品人:

页数:382

译者:

出版时间:1998-9

价格:60.00元

装帧:

isbn号码:9787801443397

丛书系列:

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现代轨道动力学与导航技术：从理论基础到前沿应用 本书导读 本书聚焦于现代航天器工程中至关重要的轨道动力学、导航、制导与控制（GNC）理论及其在实际任务中的应用。它旨在为航天工程师、空间科学研究人员以及高年级本科生和研究生提供一套系统、深入且与时俱进的知识框架，用以理解和解决复杂的轨道机动、姿态保持和精确导航问题。 全书内容以严谨的数学物理基础为支撑，强调工程实践的可行性与先进性，避免了对特定卫星平台或任务的冗余描述，专注于揭示现象背后的普适性规律。 --- 第一部分：基础理论与经典力学模型 本部分为后续高级主题奠定坚实的理论基础，重点在于对航天器运动环境的精确建模和动力学方程的建立。 第一章 空间环境与扰动力学 本章详细剖析了航天器运行轨道所处的复杂空间环境。首先，我们从开普勒引力理论出发，引入了对二维和三维轨道运动的经典描述，包括轨道要素（如六根柯氏参数）的定义与转换。 随后，重点转向非理想摄动力的建模。这包括： 1. 地球引力场的高阶谐项模型： 详细阐述了球谐函数在描述地球重力位中的应用，特别是$J_2$项（扁率效应）的物理意义及其对近地轨道长期演化的影响。讨论了如何利用EGM（地球重力场模型）数据进行高精度建模。 2. 太阳光压（SRP）的计算： 介绍了不同反射率和吸收率的表面如何影响航天器的运动，并推导了基于几何光学的受力模型。 3. 大气阻力模型： 针对低轨航天器，深入探讨了基于密度模型（如NRLMSISE-00）的大气密度估计方法，以及阻力系数的确定性与随机性因素。 4. 其他微小扰动源： 简要介绍了潮汐力、地磁场对带电粒子的作用等次要摄动力的初步评估方法。 第二章 航天器运动学与坐标系转换 本章是进行轨道和姿态描述的关键桥梁。我们系统地梳理了在轨道动力学和姿态动力学分析中必须使用的各种参考坐标系及其相互转换方法。 1. 惯性系与地固系的建立： 明确了基于国际天体参考系统（IERS）的惯性系定义，并详述了从儒略日历到平春点坐标系的精确转换流程。 2. 欧拉角、方向余弦矩阵（DCM）与四元数： 深入比较了描述航天器姿态的三种主要数学工具。特别强调了四元数在避免万向节死锁方面的优势及其在动力学积分中的应用。 3. 运动学微分方程： 推导了基于不同姿态参数（如欧拉角速率、四元数速率）的运动学微分方程组，为后续的姿态动力学分析打下基础。 --- 第二部分：轨道动力学与转移设计 本部分聚焦于航天器在二体或多体引力场中的轨道运动规律，并探讨了高效的轨道机动策略。 第三章 二体与高精度轨道动力学 本章在经典开普勒轨道的基础上，引入了摄动理论，用于分析航天器在实际轨道上的长期演化。 1. 拉格朗日变分方程（常微分方程法）： 详细推导了基于拉格朗日方法对轨道六根参数随时间变化的微分方程，这是进行摄动分析的基石。 2. 平均化理论与周期性分析： 介绍了如何使用平均化技术（如平均化拉格朗日方程）来消除快速旋转项的影响，从而简化长期轨道预测。 3. 高精度数值积分方法： 讨论了求解复杂的轨道运动方程时所需的数值积分技术，包括龙格-库塔法（RK4/RKF45）及其在保证积分精度与效率之间的权衡。 第四章 轨道转移与机动策略 本章侧重于如何利用推进系统对航天器轨道进行精确的、经济的调整。 1. 霍曼转移与轨道穿梭： 分析了最低能耗的近圆轨道转移方案，并计算了所需的特征速度增量 ($Delta V$)。 2. 共面与非共面转移： 探讨了轨道倾角改变（如使用高推重比推进器）的能量消耗分析，并引入了双椭圆转移的概念。 3. 多脉冲与约束优化转移： 引入最优控制理论的初步概念，探讨在有限推力约束下，如何使用多脉冲机动来达到特定的轨道目标点，如近点/远点高度控制。 4. 编队飞行与相对轨道动力学： 简要介绍了在相对坐标系下描述多个航天器之间相对运动的线性化模型（如二体近似下的相对动力学方程），为后续的交会对接准备。 --- 第三部分：现代导航、制导与控制系统 本部分深入探讨了航天器姿态和位置的估计、规划以及执行控制的现代方法论。 第五章 状态估计与导航技术 准确地确定航天器的当前状态（位置、速度、姿态和速率）是所有控制任务的前提。 1. 测量模型与传感器误差： 分析了星敏感器、GPS接收机、惯性测量单元（IMU）等主要导航传感器的工作原理、误差特性（如漂移、量化误差）以及它们对状态估计的影响。 2. 扩展卡尔曼滤波（EKF）与无迹卡尔曼滤波（UKF）： 详细推导了非线性系统状态估计的核心算法——EKF的迭代步骤。同时，对比了UKF在处理强非线性系统（如轨道传播）时的性能优势。 3. 最小二乘法与批处理滤波： 讨论了如何利用多历元观测数据进行离线或批处理优化，以获得比单历元滤波更精确的轨道确定结果。 第六章 姿态动力学与精确执行 本章从牛顿-欧拉方程出发，建立刚体姿态动力学模型，并设计了先进的控制律来稳定和精确指向。 1. 刚体动力学方程： 导出以四元数或主惯性系表示的姿态动力学方程，重点分析了外部力矩（如磁力矩、推进器反作用力矩）对姿态的影响。 2. 控制力矩的产生： 讨论了主要姿态执行器的工作原理，包括反作用轮/动量轮的饱和特性、磁力矩器（MMT）的效率与限制，以及推进器对地姿态控制的脉冲特性。 3. 线性二次调节器（LQR）控制： 基于系统线性化模型，设计了性能优异的反馈控制律。详细阐述了如何通过调整状态和控制成本矩阵来平衡姿态收敛速度与执行器使用量。 4. 鲁棒控制基础： 引入$H_{infty}$控制的基本思想，用于设计对模型不确定性（如未知扰动力矩）具有抵抗力的姿态控制器，以确保在复杂环境下任务的可靠性。 --- 第四部分：先进方法论与未来展望 本书的最后一部分关注于该领域的前沿研究方向，特别是那些利用计算智能和高级优化技术解决传统难题的方案。 第七章 最优控制与轨道重构 本章超越了传统的开环或反馈控制，转向使用数学优化方法来规划全局最优轨迹。 1. 间接法与直接法： 对最优控制理论中的间接法（基于庞特里亚金最小原理）和直接法（转换为非线性规划问题）进行了对比。 2. 直接配点法（Pseudospectral Methods）： 详细介绍了如何使用配点法将无限维度的最优控制问题离散化为有限维度的数学规划问题，并讨论了其在复杂轨道转移和姿态调整中的应用潜力。 3. 天文导航与自主重定向： 探讨了在深空任务中，如何利用天文目标（如恒星、行星）进行自主导航，以及如何利用传感器观测数据进行实时的轨道状态重构和误差校正。 本书通过上述全面且深入的分析，为读者提供了驾驭现代航天器复杂动力学与控制挑战所需的理论深度和工程视野。

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这本书的封面设计，简单却充满力量，深蓝色的背景如同浩瀚的宇宙，几颗白色的星星像是指引方向的灯塔，而书名则以一种沉静而坚毅的字体呈现，预示着这是一本严肃而深刻的学术著作。当我翻开书页，迎接我的是一股浓郁的书香，纸张的质感厚实而略带磨砂，这种触感本身就传递着一种严谨和专业。初读之下，我被其中密集的公式和专业的术语所“劝退”了。那些关于“雅可比矩阵”、“卡尔曼滤波”的章节，让我感觉自己像一个初学者，站在一座宏伟的知识殿堂门前，却被门槛上的铭文所难倒。我不得不一次又一次地回溯，去理解前面章节中看似基础的概念，例如“姿态角速度”和“惯性系”。有时候，我会感到一种深深的挫败感，觉得自己离作者所描绘的世界越来越远。然而，正是这种挑战，激发了我继续探索的欲望。我开始尝试着去理解公式背后的物理意义，去想象那些抽象的数学模型在现实中的运作方式。我发现，作者在讲解中，虽然语言严谨，但通过精心设计的图示和表格，为我打开了一扇扇理解之窗。例如，那个关于“姿态反馈控制”的框图，让我在纷繁的数学符号中，找到了控制系统的整体脉络。

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这本书的封面设计，在我的眼中，承载着一种沉甸甸的科学美学。深邃的蓝色背景，点缀着几颗若隐若现的星星，以及一枚简洁却充满力量的卫星剪影，无不透露着航天科技的宏大与神秘。翻开扉页，扑面而来的是一种厚重感，纸张的触感温润而有质感，仿佛承载着无数先辈的智慧结晶。初读之下，我被其中蕴含的严谨逻辑和系统性所折服。作者以一种近乎艺术的方式，将卫星姿态动力学这一复杂抽象的学科，分解成一个个逻辑清晰、层层递进的单元。从基础的力学原理出发，逐步深入到姿态的数学描述，再到姿态动力学的建模，最后落脚于控制系统的设计。我尤其欣赏作者在讲解过程中，穿插的那些精心设计的图示和表格。它们不仅仅是文字内容的辅助，更像是通往理解之路上的指路明灯，用最直观的方式，将抽象的概念具象化。例如，在解释“质心与惯性参考系”时，作者提供的三维空间示意图，让我立刻对力学模型有了更清晰的认识。而在讲解“姿态角速度”时，那些描绘不同旋转轴和方向的示意图，也有效地帮助我摆脱了在三维空间中进行旋转想象的困难。每一次阅读，都像是一次小小的探险，我跟随作者的笔触，穿梭于理论与实践之间，感受着知识在脑海中逐渐清晰、生根发芽的过程。

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这本书给我带来的最深刻印象，是一种“硬核”的专业感。当我翻开书页，首先映入眼帘的是大量的数学公式和专业术语，仿佛我置身于一个高度专业化的学术研讨会中。我需要集中所有的注意力，才能勉强跟上作者的节奏。我记得第一次看到关于“欧拉-拉格朗日方程”的推导时，我的大脑几乎一片空白。那些复杂的微分方程和矢量方程，对我来说就像天书一般。我不得不放慢阅读速度，反复琢磨每一个符号的含义，每一个步骤的推导逻辑。有时候，我甚至需要暂停阅读，去查阅一些基础的力学知识，才能勉强理解作者的意图。然而，当我坚持下去，并且最终理解了某个复杂的概念时，那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。这本书就像一位技艺精湛的工匠，它不会给你提供现成的工具，而是引导你去理解工具的原理，去学习如何自己制造和使用工具。作者在书中非常注重理论的严谨性，每一个公式的推导都有详细的依据，每一个结论的得出都有严密的逻辑支撑。虽然有时候会感到吃力，但我逐渐意识到，这正是这本书的价值所在。它不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的训练，一种解决问题的能力的培养。

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当我翻开《卫星姿态动力学与控制(2)》，并没有立刻感受到一种“哇塞”的惊艳，更多的是一种“这是什么？”的茫然。开篇就涉及到了大量的数学符号和公式，像是古老的咒语，让我一时摸不着头脑。我坐在书桌前，试图集中精力去理解那些看似毫无关联的符号组合，例如那个让我头疼不已的“张量”概念，以及它在描述惯性矩阵时的作用。我努力回忆起大学时学过的线性代数和微积分，但它们在这本书的语境下，似乎变得更加复杂和抽象。我尝试着去推导公式，一步一步地跟着作者的逻辑走，但常常会卡在某个环节，需要反复阅读，甚至暂停下来，在草稿纸上画出示意图，才能勉强跟上。我感到一种挫败感，仿佛自己被排除在了某个高深的圈子之外。然而，在我坚持不懈地阅读下去后，一些零散的知识点开始慢慢地串联起来。我开始理解，为什么需要引入四元数来描述姿态，它比欧拉角更能避免万向锁的问题；我也开始明白，惯性矩阵是如何影响卫星在受到外力矩作用时的运动状态。这本书没有给我提供现成的答案，而是逼迫我去独立思考，去解决问题。这种被动接受知识的过程，让我感到有些吃力，但同时也孕育着一种难以言喻的成就感。

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我一直对宇宙充满了好奇，而卫星作为人类探索太空的眼睛和触角，其背后的科学原理更是让我着迷。拿到这本《卫星姿态动力学与控制(2)》，我的第一感觉是它非常“硬核”。这本书的文字风格极其严谨，几乎没有任何修饰性的语言，每一个字都仿佛是经过精密计算的。我记得第一次阅读关于“刚体动力学”的部分时，我被那些复杂的微分方程和矢量方程弄得晕头转向。我不得不放慢阅读速度，逐字逐句地去分析，去理解每一个符号代表的物理意义。有时候，我甚至需要暂停阅读，拿起纸笔，尝试自己去推导一些简单的公式，来加深理解。作者在书中大量运用了数学语言，这对于我这样一个非专业背景的读者来说，无疑是一大挑战。然而，正是这种挑战，让我感受到了科学的魅力。当那些复杂的公式背后所蕴含的物理规律逐渐清晰时，我仿佛看到了一个由数学构建的精妙宇宙。书中的图解也很简洁，虽然不像一些科普读物那样色彩斑斓，但却精准地传达了关键信息。我尤其喜欢那些描述角速度和角加速度的矢量示意图，它们帮助我直观地理解了卫星在不同状态下的运动轨迹。这本书让我明白，要真正理解航天科技，必须掌握其背后的数学和物理语言，而这门语言，需要耐心和坚持去学习。

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刚拿到《卫星姿态动力学与控制(2)》，我第一反应就是它的“严肃”。封面设计并没有太多花哨的元素，深蓝的底色，白色的字体，透着一股沉稳和专业。翻开书，一股淡淡的纸张油墨味扑鼻而来，我期待着一场关于航天科技的深度探索。阅读过程中，我被其中严谨的逻辑和系统性的结构所吸引。作者仿佛是一位严谨的建筑师，一步步地搭建着卫星姿态动力学的大厦。从最初的动力学模型建立，到各种扰动力矩的分析，再到控制策略的设计，每一个环节都环环相扣，严丝合缝。我尤其欣赏作者在讲解复杂概念时，所使用的那些详尽的数学推导。虽然有时候这些公式看得我头疼，但我知道，这是理解其背后原理的必经之路。书中的图示虽然简洁，但却精准地传达了关键信息，比如那些表示卫星姿态变换的示意图，以及不同控制方式下的响应曲线。这些图示极大地帮助我克服了对抽象概念的理解障碍。然而，阅读这本书的过程，绝非易事。我常常需要反复阅读同一段落，甚至停下来，在草稿纸上演算，才能真正理解作者的意思。有时候，我会感到自己像一个初学徒，在师傅严苛的教导下，一点点地打磨技艺。

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拿到这本《卫星姿态动力学与控制(2)》，我的第一感受是它极其“厚重”。书的体量不小，拿在手里就能感受到其中蕴含的知识分量。翻开扉页，扑面而来的是一股淡淡的油墨香，混合着纸张特有的味道，让人联想到无数个埋头苦读的夜晚。阅读的开始，我被书中铺天盖地的专业术语所震撼。从“角动量”到“惯性张量”，再到各种复杂的“姿态角”描述，我感觉自己仿佛被拉进了一个全新的语言体系。我努力去理解每一个概念的定义和内涵，但很多时候，我都需要放慢阅读速度，反复琢磨，甚至需要查阅一些背景资料才能勉强跟上作者的思路。例如，在理解“万向锁”现象时，我花费了相当长的时间，才通过作者提供的图示和文字描述，勉强领会了其中的精髓。然而，随着阅读的深入，我逐渐感受到了一种“系统性”的美。作者以一种非常清晰的逻辑，将卫星姿态动力学的各个部分串联起来，从动力学模型的建立，到各种扰动力的分析，再到控制系统的设计，每一个环节都环环相扣，构成了一个完整的体系。我开始理解，这本书不仅仅是知识的罗列，更是一种思维方式的引导，一种解决复杂问题的框架。

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拿到这本《卫星姿态动力学与控制(2)》，我怀揣着一种复杂的心情。一方面，我深知这个领域的重要性，它是航天事业的基石，没有精准的姿态控制，再先进的卫星也只是太空中的废铁。另一方面，我内心深处又隐隐有些不安，因为“动力学与控制”这几个词本身就带着一种严谨、抽象的压迫感，仿佛预示着一场枯燥的数学推导和复杂的物理方程的洗礼。翻开书页，我首先被那扑面而来的专业术语所淹没，什么“欧拉角”、“四元数”、“角动量守恒”、“阻尼力矩”……这些名词像一群不请自来的客人，敲打着我的认知边界。我努力去理解每一个概念的背后含义，试图将它们与脑海中模糊的卫星图像联系起来。阅读过程中，我常常需要停下来，翻阅前面的章节，或者上网搜索一些基础知识，以确保自己没有完全跟不上作者的思路。有时候，我会陷入深深的困惑，看着那些复杂的公式，感觉自己像一个站在语言不通的国度里，试图理解当地人的对话。然而，每当找到一个关键的理解点，或者某个复杂的公式终于变得清晰起来，那种豁然开朗的喜悦感又会驱使我继续前行。我开始意识到，这不仅仅是知识的堆砌，更是一种思维方式的训练，一种严谨逻辑的培养。这本书就像一位严厉的导师，它不会轻易给出答案，而是引导我去探索，去思考，去发现。我期待着，在克服了最初的困难之后，能够真正掌握这门语言，理解卫星在浩瀚宇宙中如何保持优雅的舞姿。

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我一直对航天技术怀有极大的兴趣，而卫星的姿态控制无疑是其中最迷人的部分之一。拿到《卫星姿态动力学与控制(2)》，我期待着能深入了解这个领域的奥秘。然而，当我翻开书页，首先感受到的并非是惊喜，而是一种“压力”。书中的专业术语就像密集的炮弹，瞬间轰击着我的认知边界。我努力去辨认那些熟悉的字眼，但它们在书中被赋予了更加精确和复杂的含义。我记得在阅读关于“姿态稳定器”的章节时，我被那些关于“陀螺仪”、“反作用轮”的描述弄得眼花缭乱。我不得不放慢阅读速度，逐字逐句地去理解，去想象这些设备如何在太空中发挥作用。书中的数学公式更是让我感到一种“高不可攀”。那些抽象的微分方程和线性代数中的矩阵运算，让我感觉自己像是在解读一本古老的密码。我经常需要停下来，在草稿纸上演算，试图找到公式的推导逻辑。然而，当我坚持下去，并且逐渐理解了其中的某个关键点时，那种成就感是难以言喻的。这本书就像一位经验丰富的导师，它不会轻易给你答案，而是引导你去独立思考，去分析问题，去寻找解决方案。我开始明白，要真正掌握卫星姿态控制，就必须掌握其背后的数学语言和物理原理。

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这本书给我带来的最直接感受，就是一种“信息量爆炸”的感觉。每一次翻阅，都像是在一个知识的海洋里畅游，但不是那种悠闲的漫步，而是需要全力以赴地划桨，才能不被巨浪吞没。我被书中大量的专业术语和复杂的数学公式所包围，仿佛进入了一个全新的语言体系。我不得不放慢阅读速度，反复琢磨每一个词语的含义，每一个公式的推导过程。尤其是关于“姿态传播”和“扰动力矩”的章节，让我花费了相当长的时间去理解。我经常需要查阅相关的背景知识，才能勉强跟上作者的思路。有时候，我甚至会感到一种深深的挫败感，怀疑自己是否真的有能力理解这些高深的理论。然而，当我熬过那些最艰难的时刻，当某个复杂的概念终于在我脑海中建立起清晰的图像时，那种成就感又是无与伦比的。这本书就像一位经验丰富的工程师，它不会给你现成的解决方案，而是引导你去分析问题，去思考如何构建一个能够应对各种复杂情况的控制系统。我开始意识到，这本书的价值并不仅仅在于传递知识，更在于培养一种解决问题的能力，一种严谨的思维方式。

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