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航天器編隊飛行理論與應用/智能空天前沿技術叢書

  • 作者：黨朝輝//岳曉奎//焦博涵|責編:于航
  • 出版社：國防工業
  • ISBN：9787118140880
  • 出版日期：2026/05/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：494
人民幣：RMB 198 元      售價：元
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內容大鋼
    本書針對航天器編隊飛行在任務設計、優化與在軌控制中面臨的核心挑戰，系統論述了多航天器相對運動的動力學理論與控制技術，並深入探討了其在多項前沿技術中的創新應用。全書重點聚焦于編隊飛行的動力學機理、構形設計與控制策略，以及典型任務的特殊約束。
    本書主要內容包括航天器編隊飛行的相對軌道動力學基礎、航天器周期相對運動機理及幾何拓撲分析、航天器相對運動的有界性及邊界計算方法、航天器編隊飛行的初始化控制方法、航天器編隊飛行的重構控制方法、面向在軌服務的航天器相對懸停控制方法、面向重力場測量的航天器內編隊飛行控制方法、面向空間引力波探測的編隊設計與控制方法，以及面向空間站繞飛巡視的編隊設計與控制方法。
    本書是航天器編隊飛行領域一部兼具理論深度與工程實用性的專著，可為航空航天、控制理論與工程領域的科研人員與工程師提供重要參考，也可作為高等院校航空航天專業研究生的理想教學參考書。
作者介紹
黨朝輝//岳曉奎//焦博涵|責編:于航
目錄
第1章 緒論
  1.1 航天器編隊飛行的概念與內涵
    1.1.1 編隊的定義
    1.1.2 編隊的幾何構形
    1.1.3 編隊的協同要求
    1.1.4 編隊、星座與集群
    1.1.5 編隊飛行的技術挑戰
  1.2 典型的航天器編隊飛行任務
    1.2.1 基於衛星編隊飛行的天文觀測
    1.2.2 基於雙星跟飛編隊的地球重力場測量
    1.2.3 基於衛星編隊的空間引力波探測
    1.2.4 基於衛星編隊的對地遙感
  1.3 編隊飛行的動力學研究發展現狀
    1.3.1 二體引力場下的編隊飛行動力學
    1.3.2 攝動條件下的相對運動動力學
    1.3.3 編隊飛行的穩定性、有界性及攝動不變性
    1.3.4 編隊飛行的幾何構形設計與分析
  1.4 編隊飛行的控制理論發展現狀
    1.4.1 編隊飛行的控制方式
    1.4.2 編隊飛行的構形初始化、保持與重構控制
    1.4.3 編隊飛行的分散式控制
    1.4.4 編隊飛行的智能控制
  參考文獻
第2章 航天器編隊飛行的相對軌道動力學基礎
  2.1 圓參考軌道相對運動微分方程及其解析解
    2.1.1 非線性相對軌道動力學方程
    2.1.2 CW方程及其解析解
    2.1.3 二階CW方程及其解析解
  2.2 非圓參考軌道相對運動微分方程及其解析解
    2.2.1 TH方程及其無量綱形式
    2.2.2 Carter提出的解析解
    2.2.3 Yamanaka和Ankersen提出的解析解
    2.2.4 黨朝輝提出的解析解
  2.3 相對軌道運動的狀態轉移矩陣
    2.3.1 狀態轉移矩陣的描述與基本計算方法
    2.3.2 慣性運動STM和相對運動STM間的變換關係
    2.3.3 CW方程和TH方程的狀態轉移矩陣
    2.3.4 基於軌道根數的二體軌道運動狀態偏差轉移矩陣
    2.3.5 基於普適變數的二體軌道運動狀態偏差轉移矩陣
    2.3.6 基於數值積分的相對軌道運動狀態轉移矩陣
    2.3.7 基於冪級數展開的狀態偏差轉移矩陣通用數值構造方法
  2.4 基於軌道根數差的相對軌道運動解析解
    2.4.1 基於經典軌道根數的相對軌道運動解析解
    2.4.2 基於非奇異軌道根數的相對軌道運動解析解
    2.4.3 相對軌道動力學表徵與運動學表徵間的關係
  2.5 基於球坐標的相對運動微分方程及其解析解
    2.5.1 基於球坐標的航天器相對運動微分方程
    2.5.2 基於球坐標的航天器相對運動解析解
  2.6 考慮J2攝動的相對運動微分方程及其狀態空間模型
    2.6.1 考慮J2攝動的相對運動微分方程

    2.6.2 考慮J2攝動的相對運動狀態空間模型
  2.7 航天器相對軌道運動的穩定性分析
    2.7.1 線性系統穩定性的特徵值分析方法
    2.7.2 航天器相對軌道運動的穩定性結論
  2.8 本章小結
  參考文獻
第3章 航天器周期相對運動機理及幾何拓撲分析
  3.1 航天器相對運動的周期解
    3.1.1 周期解存在條件
    3.1.2 一階CW方程的周期解
    3.1.3 二階CW方程的周期解
    3.1.4 TH方程的周期解
  3.2 CW方程周期解的幾何特徵分析
    3.2.1 一階周期解的平面運動特性
    3.2.2 一階周期解的空間運動特性
    3.2.3 二階周期解的空間運動特性
  3.3 TH方程周期解的幾何特徵分析
    3.3.1 周期相對運動的平面性與空間性
    3.3.2 周期相對運動的自相交性
  3.4 非周期相對運動的幾何特徵分析
    3.4.1 非周期相對運動軌跡幾何分析
    3.4.2 非周期相對運動位置關係分析
  3.5 受攝相對運動的幾何特徵分析
  3.6 基於周期相對運動幾何特徵的編隊設計方法
    3.6.1 正三角形編隊構形設計方法
    3.6.2 複雜多邊形編隊方案
    3.6.3 多邊形框架編隊構形設計方法
    3.6.4 多邊形網格編隊構形設計方法
  3.7 本章小結
  參考文獻
第4章 航天器相對運動的有界性及邊界計算方法
  4.1 航天器相對運動的有界性
    4.1.1 運動物體有界性的一般概念
    4.1.2 基於周期匹配的有界性條件
  4.2 航天器相對運動的邊界模型
    4.2.1 有界相對運動的邊界模型
    4.2.2 相對運動的坐標分量邊界模型
    4.2.3 相對運動的星間距離邊界模型
  4.3 特殊相對運動的邊界模型
    4.3.1 繞飛相對運動的邊界模型
    4.3.2 面內相對運動的邊界模型
  4.4 J2攝動下的有界相對運動
    4.4.1 J2不變相對運動
    4.4.2 最小化發散量修正
    4.4.3 特殊軌道的J2不變相對運動
  4.5 周期相對運動邊界的快速計算方法
    4.5.1 有界相對運動的代數方程
    4.5.2 相對運動的星間距離函數
    4.5.3 星間距離極值的計算方法
    4.5.4 算例及分析

  4.6 航天器編隊邊界的快速計算方法
    4.6.1 編隊飛行的邊界模型
    4.6.2 基於最小包絡盒/球的編隊邊界模型
  4.7 本章小結
  參考文獻
第5章 航天器編隊飛行的初始化控制方法
  5.1 航天器脈衝機動變軌的一般方法
    5.1.1 基於Lambert演算法的脈衝機動變軌方法
    5.1.2 基於高斯變分方程的脈衝機動變軌方法
    5.1.3 基於CW方程的脈衝機動變軌方法
    5.1.4 基於TH方程的脈衝機動變軌方法
  5.2 二體條件下有界飛行的初始化控制
    5.2.1 基於軌道半長軸匹配的初始化控制
    5.2.2 實現一階有界性的相對運動初始化控制
    5.2.3 實現高階有界性的相對運動初始化控制
    5.2.4 算例及分析
  5.3 J2攝動下有界飛行的初始化控制
    5.3.1 實現嚴格J2不變相對運動的初始化控制方法
    5.3.2 實現寬鬆J2不變相對運動的初始化控制方法
    5.3.3 算例及分析
  5.4 考慮有界性約束的編隊初始化控制方法
    5.4.1 編隊初始化問題描述
    5.4.2 初始化相對運動建模
    5.4.3 圓參考軌道下的編隊初始化控制方法
    5.4.4 橢圓參考軌道下的編隊初始化控制方法
    5.4.5 算例及分析
  5.5 本章小結
  參考文獻
第6章 航天器編隊飛行的重構控制方法
  6.1 編隊飛行重構控制的一般方法
    6.1.1 基於速度增量控制的軌道根數改變方法
    6.1.2 基於連續小推力的控制方法
  6.2 編隊飛行邊界重構的一般方法
    6.2.1 一般相對運動的邊界重構
    6.2.2 特殊相對運動的邊界重構
    6.2.3 算例及分析
  6.3 有限方向推力的編隊飛行邊界重構方法
    6.3.1 利用單方向速度增量實現繞飛相對運動邊界重構
    6.3.2 利用單方向速度增量實現同軌道面相對運動邊界重構
    6.3.3 算例及分析
  6.4 編隊飛行邊界重構的多脈衝最優控制方法
    6.4.1 基於偽逆法的相對運動多脈衝控制
    6.4.2 用於星間距離邊界重構的多脈衝最優控制
    6.4.3 用於編隊飛行邊界重構的多脈衝最優控制
    6.4.4 算例及分析
  6.5 本章小結
  參考文獻
第7章 面向在軌服務的航天器相對懸停控制方法
  7.1 相對懸停控制及其邊界約束分析
    7.1.1 航天器懸停技術的研究現狀

    7.1.2 航天器相對懸停的含義
    7.1.3 自然與受控相對懸停
  7.2 相對懸停控制力建模與分析
    7.2.1 相對懸停控制力模型
    7.2.2 最小控制力懸停方位
    7.2.3 算例及分析
  7.3 相對懸停燃料消耗建模與分析
    7.3.1 相對懸停燃料消耗模型
    7.3.2 最小燃料消耗懸停方位
    7.3.3 算例及分析
  7.4 本章小結
  參考文獻
第8章 面向重力場測量的航天器內編隊飛行控制方法
  8.1 內編隊飛行的概念、模型及控制要求
    8.1.1 天基重力場測量技術發展現狀
    8.1.2 內編隊重力場測量的編隊方式
    8.1.3 內編隊系統動力學建模與分析
    8.1.4 內編隊飛行的控制要求
  8.2 內編隊系統的非線性編隊控制方法
    8.2.1 時變系統控制理論
    8.2.2 內編隊非線性控制演算法設計
    8.2.3 模擬分析
  8.3 內編隊系統的魯棒編隊控制方法
    8.3.1 內編隊標稱動力學
    8.3.2 內編隊動力學系統不確定性建模
    8.3.3 基於μ綜合的魯棒控制器設計
    8.3.4 模擬分析
  8.4 內編隊系統的協同編隊控制方法
    8.4.1 包含兩顆內衛星的內編隊可控性分析
    8.4.2 包含兩顆內衛星的內編隊協同控制方法
    8.4.3 算例及分析
  8.5 本章小結
  參考文獻
第9章 面向空間引力波探測的編隊設計及控制方法
  9.1 空間引力波探測的背景與意義
    9.1.1 空間引力波探測計劃
    9.1.2 空間引力波探測的編隊飛行原理
    9.1.3 空間引力波探測的編隊設計方法研究現狀
    9.1.4 空間引力波探測的編隊控制方法研究現狀
  9.2 空間引力波探測三星編隊構形設計方法
    9.2.1 太極引力波探測任務
    9.2.2 空間引力波探測三星編隊構形基本設計原理
    9.2.3 基於二階CW方程的三星編隊穩定性修正方法
  9.3 空間引力波探測三星編隊初始化控制方法
    9.3.1 兩類編隊初始化方式
    9.3.2 並行初始化和串列初始化的約束分析
    9.3.3 基於並行方式的多脈衝編隊初始化控制
    9.3.4 基於串列方式的多脈衝編隊初始化控制
    9.3.5 面向「太極」引力波探測任務的模擬分析
  9.4 本章小結

  參考文獻
第10章 面向空間站繞飛巡視的編隊設計與控制方法
  10.1 空間站繞飛巡視的背景與意義
    10.1.1 空間站艙外監視與檢查的現實需求
    10.1.2 空間站艙外監視與檢查的主要方法
    10.1.3 面向繞飛巡視的編隊設計方法研究現狀
    10.1.4 面向繞飛巡視的編隊控制方法研究現狀
  10.2 面向空間站繞飛觀測的編隊構形設計
    10.2.1 面向空間站的單目標點繞飛構形設計
    10.2.2 面向空間站的多目標點繞飛構形設計
  10.3 面向空間站繞飛觀測的自然編隊釋放與回收控制方法
    10.3.1 場景描述
    10.3.2 基於凸優化與模型預測控制的編隊釋放方案
    10.3.3 基於「禁飛球」概念的編隊回收方案
  10.4 面向空間站繞飛觀測的曲線編隊形成控制
    10.4.1 空間站幾何結構表徵
    10.4.2 空間站排斥勢場建模
    10.4.3 目標編隊構形遮擋性約束表徵
    10.4.4 目標編隊構形設計
    10.4.5 編隊形成控制律設計
    10.4.6 模擬分析
  10.5 本章小結
  參考文獻
附錄A
附錄B
附錄C
附錄D

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