航天器精确定轨与自校准技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防工业出版社

作者:刘利生

出品人:

页数:374

译者:

出版时间:2005-1

价格:39.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787118035551

丛书系列:

图书标签:

• 大地测量学
• 航天器
• 轨道确定
• 自校准
• 导航
• 控制
• 姿态估计
• 传感器
• 滤波算法
• 误差分析
• 空间技术

目录 第一章 理论基础与基础概念 1.1 轨道力学基础回顾 1.2 导航、制导与控制（GNC）系统概述 1.3 精确定轨的物理意义与挑战 1.4 自校准技术在航天器系统中的重要性 第二章 经典轨道动力学与误差源分析 2.1 二体与高阶引力场模型 2.2 大气阻力与太阳辐射压力的影响 2.3 传感器测量误差与系统噪声分析 2.4 轨道确定中的误差传递与误差源识别 第三章 状态估计理论与导航算法 3.1 最小二乘法与迭代加权最小二乘法（IWLS） 3.2 扩展卡尔曼滤波（EKF）及其应用 3.3 无迹卡尔曼滤波（UKF）的优势与实现 3.4 滑动模式控制（SMC）在轨道维持中的初步应用 第四章 高精度测量技术与数据处理 4.1 激光测距与雷达观测技术 4.2 星间/星地链路测量：VLBI与DSL 4.3 相对导航与视觉导航基础 4.4 测量数据预处理、滤波与异常值检测 第五章 导航系统误差建模与补偿 5.1 惯性测量单元（IMU）误差模型与标定 5.2 星敏感器、GPS/GNSS接收机偏差建模 5.3 轨道传播模型中的系统性偏差与修正 5.4 传感器融合中的权重分配策略 第六章 轨道机动设计与最优控制 6.1 霍曼转移与复杂轨道机动设计 6.2 变分法与庞特里亚金最小原理 6.3 脉冲推力与连续推力优化 6.4 燃料约束下的轨道维持与再入控制 第七章 自校准技术原理与实施 7.1 自校准的定义、目标与关键技术栈 7.2 基于迭代优化的参数辨识 7.3 在线重标定与系统漂移补偿 7.4 传感器故障诊断与容错控制策略 第八章 精确定轨与自校准的集成框架 8.1 导航滤波器的在线参数估计 8.2 基于模型的自适应控制与校准 8.3 闭环系统仿真与性能验证流程 8.4 实际任务案例分析：深空探测器与星座管理 --- 内容摘要 本书聚焦于航天器在轨运行中，如何通过先进的导航算法和系统级的自校准机制，实现轨道参数的精确确定和导航系统自身误差的实时修正。本书旨在提供一个理论与工程实践相结合的深度解析，探讨在复杂、动态且充满不确定性的空间环境中，维持航天器高精度轨道状态的关键技术路径。 第一章：理论基础与基础概念 本章为后续所有高级主题奠定坚实的理论基石。首先，系统地回顾了轨道动力学中描述航天器运动的核心方程，包括对地球引力场（如J2、J4等高阶项）、非保守力（大气阻力和太阳辐射压）的精确建模。在此基础上，详细阐述了导航、制导与控制（GNC）系统的基本架构，明确区分了轨道确定（Estimation）、轨道机动（Maneuvering）和轨道保持（Maintenance）之间的联系与区别。随后，深入剖析了“精确定轨”在现代航天任务（如近地轨道星座、地月转移、深空探测）中的具体要求和其面临的主要挑战——即误差的累积与环境参数的不可知性。最后，引入“自校准技术”的概念，阐释其在系统寿命周期内，应对传感器性能衰减、执行器漂移等非结构性误差源的内在必要性。 第二章：经典轨道动力学与误差源分析 本章进入轨道力学的精细化研究，着重于构建高保真度的动力学模型，并对误差来源进行系统分类和量化分析。章节详细推导了在非理想地球模型下，轨道要素的摄动方程，并给出了不同轨道高度和速度下各摄动力的相对重要性排序。在误差分析部分，本书区分了模型误差（如模型简化、参数不准）和观测误差（如测量噪声、系统偏差）。特别关注了惯性导航系统（IMU）的随机游走和漂移误差，以及星敏感器在强辐射背景下的瞬时测量偏差。通过误差传递分析，读者将掌握如何量化某一项观测或模型不确定性对最终轨道确定精度的贡献程度。 第三章：状态估计理论与导航算法 这是本书的核心技术章节之一，专注于现代轨道确定的数学工具。本书摒弃了对基础滤波的简单介绍，而是直接深入到非线性系统的状态估计前沿方法。详细阐述了扩展卡尔曼滤波（EKF）在线性化处理非线性动力学和观测模型中的精度损失机制，并提出了改进的雅可比矩阵计算策略。针对EKF的缺陷，本书随后引入无迹卡尔曼滤波（UKF），通过Sigma点采样策略，显著提升了非线性系统状态估计的精度，尤其是在高机动或强非线性效应明显的轨道段。此外，本章还探讨了在特定任务（如近距离交会对接）中，如何将滤波结果与滑动模式控制（SMC）理论相结合，实现对轨道姿态的快速、鲁棒的修正。 第四章：高精度测量技术与数据处理 本章关注于获取精确的“观测值”本身，以及如何清洗和准备这些数据以供导航滤波器使用。详细介绍了激光测距和合成孔径雷达（SAR）在远距离轨道测量中的原理、精度指标和环境影响。对于近地卫星，本书深入探讨了基于甚长基线干涉测量（VLBI）和卫星间测距（DSL）的相对导航技术，这些技术是实现编队飞行和相对轨道保持的关键。此外，在数据处理方面，详细讲解了如何使用先进的统计方法（如Huber损失函数）来有效剔除由瞬时环境干扰或传感器故障导致的极端异常值，确保输入导航滤波器的观测数据质量。 第五章：导航系统误差建模与补偿 精确定轨的瓶颈往往不在于算法，而在于对系统自身误差源的理解和补偿能力。本章专门致力于建立和优化航天器导航系统的内部误差模型。对于IMU，提供了基于Allan方差分析的随机误差参数辨识方法，并介绍了如何利用星敏感器和GPS观测数据对陀螺仪的失准角和比例因子进行在线重标定。对于星敏感器，讨论了温度漂移、辐射损伤导致的敏感度变化，并提出了一种基于星图匹配和迭代优化来补偿这些系统性偏差的框架。本章强调了模型与数据之间的闭环交互，即利用观测数据反哺和修正动力学模型和传感器误差参数。 第六章：轨道机动设计与最优控制 本章将精确定轨的成果应用于实际的轨道控制和能量优化。从经典的霍曼转移出发，系统地讲解了如何使用变分法来求解满足特定边界条件的轨道机动序列。重点阐述了庞特里亚金最小作用量原理在脉冲推力优化中的应用，旨在最小化燃料消耗或控制时间。对于需要长时间、高精度轨道维持的任务（如高轨卫星的姿态维持），本章引入了连续推力最优控制问题，讨论了如何构建状态约束和控制约束下的性能指标函数，并通过数值方法求解最优的推力矢量和大小序列。 第七章：自校准技术原理与实施 本章是本书区别于传统导航书籍的关键所在，系统阐述了如何将“校准”过程内化为导航系统的一部分，实现真正的“自适应”。自校准的核心在于参数辨识：如何将未知的系统参数（如传感器偏差、阻力系数）作为额外的状态变量融入到状态估计框架中。详细描述了扩展卡尔曼滤波（EKF）在联合估计（状态和参数同时估计）中的实现细节与收敛性分析。此外，本章还探讨了当系统性能偏离预设基线时，如何利用故障诊断算法（如残差检验）触发自校准流程，并介绍了模型参考自适应控制（MRAC）在动态环境下补偿模型失配的方法。 第八章：精确定轨与自校准的集成框架 本章旨在将前七章的技术融合成一个完整的、可操作的工程框架。首先，构建了一个分层导航架构，其中高层负责参数辨识与系统级校准，底层负责实时的轨道状态估计与机动执行。重点讨论了联合滤波器的设计，即如何平衡状态估计速度与参数辨识的稳定性和收敛性。随后，通过详细的闭环仿真流程，演示了如何对集成系统进行大规模蒙特卡洛分析，验证系统在不同任务场景下（如穿越高密度碎片区、长时间深空巡航）的鲁棒性与精度指标。最后，通过对深空探测器返回轨道控制和大型低轨星座的长期编队维持案例的深入剖析，展示了精确定轨与自校准技术在实现任务目标上的关键作用和工程价值。

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这本书，乍一看书名，就让我对“航天器精确定轨与自校准技术”这个领域产生了浓厚的兴趣。我一直对太空探索和现代科技的进步深感着迷，尤其是那些能够让复杂系统精准运作的背后技术。这本书的标题直接戳中了我的好奇心，仿佛预示着里面将揭示那些让卫星、探测器甚至更宏伟的太空任务能够精确到达预定轨道、并在太空中保持其导航系统精确性的奥秘。 我尤其好奇的是“自校准”这一部分。在广袤的太空中，航天器会受到各种外部因素的影响，比如微小的太阳风、宇宙射线、甚至是最细微的机械磨损，都可能导致导航系统的误差累积。而“自校准”听起来就像是航天器拥有了自我修复、自我优化的能力，能够独立地检测并纠正这些误差，从而保证任务的成功。这不禁让我联想到那些科幻电影中的智能机器人，它们总能在极端环境下自主完成任务。这本书会不会深入剖析这些算法和技术，让我们普通读者也能一窥其堂奥？它会解释在什么情况下需要进行自校准？又会涉及哪些先进的传感器和处理单元？我期待着它能提供一些令人惊叹的解决方案，让我明白人类智慧是如何克服宇宙的挑战，实现对遥远目标的精准控制的。

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作为一名业余的天文爱好者，我常常在夜晚仰望星空，思考着那些穿梭于宇宙的无数探测器和卫星是如何保持其“位置感”的。这本书的书名《航天器精确定轨与自校准技术》正好触及了我一直以来模糊的概念。我总是觉得，要让一个在远离地球、没有GPS信号的环境下运行的物体保持精准的轨道，一定是一项极其复杂和精密的工程。 我特别关注“精确定轨”这个概念。它意味着什么？是仅仅计算出一个轨迹，还是需要实时调整，以应对可能出现的任何微小偏差？书名中“精确定轨”的表述，让我联想到在浩瀚宇宙中，每一个微小的误差都可能导致数千公里甚至更远的偏差，尤其是在执行如火星登陆、深空探测这类对精度要求极高的任务时。这本书会详细阐述哪些轨道力学原理是基础？又会介绍哪些前沿的轨道计算方法？我很好奇它是否会涉及到诸如摄动计算、轨道保持策略，甚至是用于长距离通信和导航的特殊技术。这本书能否为我揭示，在人类向未知宇宙迈进的每一步背后，是怎样严谨的科学计算和技术保障在支撑着？

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《航天器精确定轨与自校准技术》这个书名，一下就勾起了我对太空探索背后那些不为人知的严谨工作的兴趣。我一直对太空领域保持着浓厚的关注，每次看到新闻里关于卫星发射、空间站运行或者深空探测的报道，我都会好奇，在那些冰冷的金属外壳之下，是什么在驱动着它们如此精准地完成任务？ “精确定轨”这个词，在我脑海里立刻与“误差”、“偏差”、“修正”这些概念联系起来。我设想，在地球引力、太阳辐射、大气阻力（即便是在很高的高度）以及航天器自身运行过程中产生的微小扰动下，任何一个微小的初始误差，都可能在漫长的时间里被放大，导致航天器偏离预设轨道。这本书的书名表明，它会深入探讨如何规避和修正这些误差。我会很想知道，是否涉及到了那些能够不断监测航天器状态、并根据实时数据重新计算和调整轨道参数的复杂算法。 更吸引我的是“自校准”这个部分。它听起来像是航天器具备了“自我意识”和“自我修复”的能力。在远离地球、人力难以干预的太空环境中，能够自主地校准其导航和定位系统，这无疑是保障任务成功的最关键因素之一。这本书是否会介绍不同类型的校准方法？例如，是依靠外部星体进行参照，还是利用某种内置的基准进行比对？我希望这本书能够让我理解，在极端且动态的太空环境中，航天器是如何保持其“精准”的，又如何通过“自校准”来克服不可预测的挑战，从而可靠地执行其使命。

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看到《航天器精确定轨与自校准技术》这个书名，我的第一反应是，这听起来像是一本非常硬核的专业书籍。我虽然不是航天领域的从业者，但一直对现代工程技术，特别是那些将理论转化为实际应用的领域，抱有极大的热情。 “精确定轨”这个词语，让我想到的是在太空中，一个物体的位置和速度必须被精确地知道和控制。这不仅仅是发射时设定好一个轨道，而是需要持续的监测和调整。我很好奇，在遥远的太空中，是如何实现这种“精确”的？是依靠地面站的持续跟踪，还是航天器本身就具备了高超的“定位”能力？而“自校准”更是让人觉得充满科技感，这是否意味着航天器能够在没有外部干预的情况下，自动识别并纠正其内部导航系统的误差？这会涉及哪些复杂的传感器融合技术？或者是否依赖于强大的星载计算能力？ 我希望这本书能够用相对易懂的方式，介绍这些复杂技术的底层逻辑。即使是作为门外汉，我也希望能领略到其中蕴含的智慧和工程之美。它是否会提及一些历史上著名的航天任务，并以此来阐述这些技术的重要性？我渴望了解，为了实现航天器的精准运行，人类付出了多少努力，又攻克了多少技术难题。

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我是一名对工程学和物理学原理有着濃厚興趣的學生，當我看到《航天器精确定軌與自校准技術》這本書名時，立刻被深深吸引。這讓我聯想到複雜系統的設計與控制，以及如何在一個充滿變數的環境中實現最高精度的操作。 “精確定軌”這個概念，讓我思考其背後所涉及的動力學、天體力學和控制理論。在沒有空氣阻力，但同時面臨著多體引力、太陽輻射壓以及航天器自身推進系統微小誤差的影響下，如何計算出並維持一個穩定的、可預測的軌道，本身就是一個極其複雜的挑戰。我期待這本書能深入探討這些理論基礎，並介紹一些實際應用中的軌道設計和計算方法。 而“自校准”則讓我更加興奮。這意味著航天器擁有了一種內在的智慧，能夠獨立地監測自身的導航系統，並在檢測到誤差時進行自我修正。這對於長期執行任務的深空探測器、或者需要長期穩定運行的衛星尤為重要。我很好奇，書中會不會闡述這種自校準機制是如何工作的？是否涉及到利用星象、地球磁場或者其他導航信標進行參照？或者，是否通過對比內部傳感器數據的異常來觸發校準？我希望這本書能提供關於這些先進的自主化技術的詳細解釋，讓我能夠理解人類是如何在遙遠的宇宙中，賦予機器自主精準行動的能力。

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