本书介绍了轨道转移飞行器导航与制导系统的设计理论与方法，并对提出的方法进行了仿真验证。全书共9章：第1章主要介绍了轨道转移飞行器导航与制导系统的特点和研究现状；第2～8章主要论述了轨道转移飞行器轨道预报技术、惯性导航与初始对准技术、惯性/卫星组合导航技术、惯性/天文组合导航技术、冗余容错与故障重构技术以及制导与中途修正技术，并给出仿真实例进行验证；第9章结合前面各章内容和工程实际，以将有效载荷送入地
球同步轨道为例，介绍了轨道转移飞行器在整个飞行过程中的轨道控制策略。本书内容简明扼要，理论紧密结合实际，可作为从事飞行器导航与制导系统分析、设计与验证工作工程技术人员和研究人员的参考书，也可作为导航、制导与控制相关专业研究生和高年级本科生的教材。
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版权页3
前言4
第1章 绪论101.1 导航技术10
1.2 制导技术11
1.3 惯性器件冗余容错与故障重构技术12
第2章 轨道转移飞行器控制系统建模及硬件组成132.1 引言13
2.2 坐标系系统132.2.1 本体坐标系（b系）13
2.2.2 地心惯性坐标系（i系）13
2.2.3 发射坐标系（l系）14
2.2.4 发射惯性坐标系（a系）14
2.2.5 入轨点轨道坐标系（o系）14
2.2.6 坐标系转换关系141.发射坐标系到发射惯性坐标系14
2.发射惯性坐标系到入轨点轨道坐标系14
3.发射惯性坐标系到本体坐标系15
4.地心惯性坐标系到发射惯性坐标系15
2.3 力学模型15
2.4 运动方程162.4.1 质心动力学和运动学方程16
2.4.2 绕质心动力学和运动学方程17
2.4.3 轨道根数17
2.5 控制系统硬件组成19
参考文献19
第3章 轨道预报技术213.1 引言21
3.2 数值积分方法223.2.1 数值积分方法基本原理22
3.2.2 常用数值积分方法231.Adams方法231）显式公式23
2）隐式公式24
2.Cowell方法251）显式公式25
2）隐式公式26
3.Runge-Kutta方法261）四阶R-K方法26
2）连续化方法27
3.3 仿真结果分析28
参考文献31
第4章 惯性导航与初始对准技术334.1 引言33
4.2 惯性导航技术354.2.1 惯性导航基本原理35
4.2.2 姿态矩阵更新算法361.欧拉角法36
2.方向余弦法36
3.四元数法37
4.2.3 捷联惯性导航系统误差分析381.姿态误差方程38
2.速度位置误差方程38
3.惯性器件误差方程39
4.3 基于惯性坐标系的对准技术394.3.1 干扰加速度的数字滤波处理技术40
4.3.2 带有数字滤波器的惯性坐标系对准技术401.坐标系定义40
2.基于惯性坐标系的自对准算法原理41
4.3.3 惯性坐标系对准方法极限精度分析42
4.4 仿真结果分析434.4.1 数字滤波仿真分析43
4.4.2 惯性坐标系对准仿真分析45
参考文献46
第5章 惯性/卫星组合导航技术475.1 引言47
5.2 卫星导航原理475.2.1 卫星导航伪距定位原理49
5.2.2 卫星导航定速原理51
5.2.3 卫星导航定姿原理52
5.3 惯性/卫星组合导航系统原理535.3.1 组合模式55
1.松组合53
2.紧组合54
3.深组合54
5.3.2 基本原理55
5.4 惯性/卫星组合导航系统设计565.4.1 松组合导航系统设计561.组合导航系统的数学模型——状态方程56
2.组合导航系统的数学模型——量测方程58
5.4.2 紧组合导航系统设计591.组合导航系统的数学模型591）系统的状态方程59
2）系统的量测方程60
5.5 仿真结果分析625.5.1 松组合仿真分析66
5.5.2 紧组合仿真分析68
参考文献70
第6章 惯性/天文组合导航技术716.1 引言71
6.2 天文导航原理716.2.1 定姿原理711.星敏感器测量姿态的基本过程（图6.2.1）72
2.星光定姿需要注意的事项731）导航星表的建立与筛选73
2）星图图像预处理74
3）星图识别75
4）星敏感器定姿75
6.2.2 定位原理771.直接敏感地平原理77
2.间接敏感地平原理78
6.3 惯性/天文组合导航系统设计79
6.4 仿真结果分析82
参考文献84
第7章 惯性器件冗余容错与故障重构技术857.1 引言85
7.2 惯性器件冗余配置867.2.1 单惯组多表级冗余配置871.常见配置构型871）圆锥体结构87
2）六传感器正十二面体结构87
3）三正交多斜置结构88
2.导航性能指标88
3.导航性能指标最优条件90
4.数值算例92
7.2.2 多惯组系统级冗余配置941.多捷联备份冗余配置94
2.多捷联表决冗余配置94
7.3 惯性器件故障检测977.3.1 单惯组多表级故障检测971.广义似然比法971）故障检测策略98
2）故障隔离及故障幅值估计99
2.奇异值分解法100
3.最优奇偶矢量法101
7.3.2 多惯组系统级故障检测1031.表决算法的具体流程103
2.阈值确定方法104
7.4 惯性器件故障重构1067.4.1 单惯组多表级故障重构1061.最小二乘法故障重构106
2.三正交多斜置故障重构108
3.数值算例111
7.4.2 多惯组系统级故障重构114
参考文献115
第8章 制导与中途修正技术1178.1 引言117
8.2 制导技术1188.2.1 摄动制导技术1181.射程控制118
2.法向导引和横向导引1211）法向导引121
2）横向导引122
8.2.2 迭代制导技术1241.飞行器运动方程125
2.最优控制问题描述126
3.最优控制问题求解127
4.预测过程1291）剩余时间的计算129
2）推力积分计算130
3）重力积分计算132
4）以地心角为终端条件的计算132
5.校正过程135
8.2.3 新型直接制导技术1391.最优控制问题转化为非线性规划问题1391）三阶辛普森配点法139
2）轨道优化问题的重新描述140
2.非线性规划问题的求解1411）无约束化处理141
2）求解无约束参数优化问题142
8.3 转移轨道中途修正技术1438.3.1 中途修正概述143
8.3.2 中途修正策略144
8.3.3 关于中途修正实际执行的说明150
8.4 仿真结果分析1518.4.1 迭代制导仿真151
8.4.2 中途修正仿真154
参考文献154
第9章 轨道控制策略1569.1 引言156
9.2 轨道控制策略1589.2.1 初始对准设计158
9.2.2 惯性/卫星组合导航设计160
9.2.3 惯组重构161
9.2.4 轨道预报设计162
9.2.5 惯性/天文组合导航设计163
9.2.6 中途修正设计164
9.2.7 变轨控制设计165
参考文献166
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