图书名称：《深空探测器自主导航原理与技术》

作者：吴伟仁，王大轶，宁晓琳着

出版单位：中国宇航出版社出版

出版时间：2011年5月

ISBN：978-7-80218-956-0

本书针对我国深空探测工程对自主导航技术的迫切需求，系统阐述了深空探测器自主导航的基础知识和基本原理，总结了我国近年来在深空探测自主导航领域的研究进展和技术成果，研究了深空探测器转移轨道、软着陆、表面巡视以及交会对接等不同阶段的自主导航技术，并对未来深空探测自主导航技术的发展趋势进行了展望。

本书内容和我国深空探测工程实践紧密结合，可为未来深空探测自主导航技术的发展和工程套用提供理论基础和实践指导，也可供从事深空探测工程的科研工作者和高等院校相关专业师生参考。

第1章绪论1

1.1深空探测活动简述1

1.1.1月球探测1

1.1.2火星探测6

1.1.3金星探测9

1.1.4其他行星探测10

1.1.5小行星和彗星探测12

1.1.6我国的深空探测技术14

1.2深空探测器导航14

1.2.1深空探测器导航回顾14

1.2.2深空探测器的地基导航15

1.2.3深空探测器的自主导航21

1.3深空探测器自主导航的必要性27

参考文献29

第2章深空探测器自主导航基础知识30

2.1天文学基础30

2.1.1太阳系30

2.1.2月球39

2.1.3火星42

2.2常用坐标系48

2.2.1天球坐标系48

2.2.2地球坐标系53

2.2.3月球坐标系56

2.2.4太阳坐标系58

2.2.5轨道坐标系58

2.2.6本体坐标系59

2.2.7坐标系间转换59

2.3时间系统61

2.3.1世界时61

2.3.2恆星时62

2.3.3原子时63

2.3.4力学时63

2.3.5曆元63

2.4飞行轨道64

2.4.1多体问题64

2.4.2引力作用球和圆锥曲线拼接法65

2.4.3霍曼转移轨道66

2.4.4逃逸轨道69

2.4.5捕获轨道71

2.4.6行星曆表72

参考文献75

第3章深空探测器自主导航基本原理76

3.1自主导航系统工作流程76

3.1.1观测量77

3.1.2敏感器78

3.1.3滤波方法100

3.2天文导航105

3.2.1天文导航系统的组成和特点105

3.2.2天文导航的基本原理106

3.2.3天文导航的误差分析106

3.3惯性导航107

3.3.1惯性导航系统的组成和特点108

3.3.2惯性导航的基本原理108

3.3.3惯性导航的误差分析111

3.4图像导航111

3.4.1图像导航系统的组成和特点111

3.4.2图像导航的基本原理112

3.4.3图像导航的误差分析116

3.5组合导航116

3.5.1组合导航系统的设计模式116

3.5.2组合导航系统滤波器设计117

参考文献120

第4章深空探测器转移轨道自主导航技术121

4.1转移轨道运动模型121

4.1.1深空探测器在转移轨道的飞行过程122

4.1.2转移轨道的动力学模型124

4.2转移轨道自主导航系统127

4.2.1系统组成和工作流程127

4.2.2敏感器127

4.3转移轨道测量信息的获取133

4.3.1天体信息133

4.3.2角速度和加速度138

4.4火星探测器转移轨道的自主导航方法141

4.4.1基于太阳、地球和火星观测信息的自主导航方法141

4.4.2基于小行星观测信息的自主导航方法145

4.4.3基于火星及其卫星观测信息的自主导航方法151

参考文献158

第5章软着陆过程的自主导航技术160

5.1软着陆飞行过程160

5.2软着陆自主导航系统162

5.2.1系统组成和工作流程162

5.2.2惯性测量单元163

5.2.3测距测速敏感器164

5.2.4成像敏感器164

5.3软着陆导航测量信息的处理方法165

5.3.1距离和速度信息处理方法165

5.3.2图像处理方法167

5.3.3三维地形图像处理方法169

5.4月球探测器软着陆的自主导航方法172

5.4.1导航坐标系172

5.4.2月球探测器软着陆动力学模型174

5.4.3利用惯性测量单元的自主导航方法175

5.4.4基于惯性测量单元配以测距测速修正的自主导航方法179

5.4.5基于惯性测量单元配以图像信息修正的自主导航方法187

5.4.6基于三维地形图像的自主障碍识别和安全着陆区选取方法191

参考文献195

第6章深空探测巡视器自主导航技术196

6.1深空探测巡视器自主导航过程196

6.1.1深空探测巡视器自主导航功能196

6.1.2深空探测巡视器自主导航特点201

6.2深空探测巡视器自主导航系统201

6.2.1系统组成和工作流程201

6.2.2天体敏感器204

6.2.3惯性敏感器206

6.2.4视觉敏感器208

6.2.5运动感测器210

6.3深空探测巡视器测量信息的获取与处理211

6.3.1天体测量信息211

6.3.2惯性测量信息212

6.3.3环境信息213

6.4月球巡视器自主导航定位方法222

6.4.1天文导航222

6.4.2航位推算导航224

6.4.3天文/航位推算组合导航225

6.4.4视觉测距导航226

6.5深空探测巡视器路径规划方法228

6.5.1双目立体视觉导航规划228

6.5.2结构光视觉导航规划233

参考文献235

第7章空间交会对接的自主导航技术237

7.1空间交会对接过程238

7.1.1空间交会对接的飞行过程238

7.1.2阿波罗号飞船月球轨道交会对接的飞行程式239

7.1.3月球轨道交会对接的特点241

7.2空间交会对接自主导航系统243

7.2.1系统组成和工作流程243

7.2.2微波雷达244

7.2.3雷射雷达247

7.2.4光学成像敏感器250

7.3空间交会对接导航测量信息的获取与处理255

7.3.1微波雷达的信息处理方法255

7.3.2雷射雷达的信息处理方法258

7.3.3光学成像敏感器的信息处理方法260

7.4月球轨道交会对接的自主导航方法261

7.4.1月球轨道交会对接飞行过程方案261

7.4.2月面起飞段的自主导航方法263

7.4.3近距离导引段的自主导航方法266

7.4.4平移靠拢段的自主导航方法275

参考文献280

第8章深空探测器自主导航技术展望282

8.1深空探测器自主导航的关键技术282

8.1.1自主导航方案设计282

8.1.2自主导航敏感器284

8.1.3自主导航核心算法285

8.2深空探测器自主导航技术发展趋势287

8.2.1提高自主导航方案的通用性287

8.2.2组合导航是必然方向288

8.2.3导航敏感器的微小型化和复用技术288

8.2.4自主故障诊断和容错技术288

参考文献290

附录291

附录A常用的单位名称、单位符号及换算关係291

附录B太阳、月球及八大行星常用的天文常数293

附录C深空探测大事记294

附录D全书缩略语和专有名词对照表300