天文導航原理及應用

第1部分天文導航的基礎知識.
第1章緒論
1.1引言3
1.2天文導航技術的特點和應用3
1.3天文導航的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀4
1.3.1天文導航的歷史4
1.3.2天文導航發(fā)展現(xiàn)狀6
思考題與習題9
第2章球面幾何和球面三角
2.1引言10
2.2球面三角10
2.2.1球面幾何10
2.2.2球面三角形12
2.3導航三角形16
2.3.1導航三角形16
2.3.2分割導航三角形17
思考題與習題19
第3章導航坐標系
3.1引言20
3.2天球坐標系20
3.2.1天球上基本點.線.圓20
3.2.2赤道坐標系21
3.2.3地平坐標系22
3.2.4黃道坐標系23
3.3空間坐標系24
3.3.1慣性坐標系24
3.3.2地球固聯(lián)坐標系24
3.3.3地理坐標系25
3.3.4載體坐標系25
思考題與習題26
第4章時間系統(tǒng)
4.1引言27
4.2時間的基本概念27
4.2.1時間在物理學上的解釋27
4.2.2時間在哲學上的解釋28
4.2.3時間計量工具的發(fā)展28
4.3恒星日.太陽日和平陽日29
4.3.1恒星日和太陽日29
4.3.2平陽日29
4.3.3時差30
4.4地方時和區(qū)時30
4.4.1地方時.世界時及其相互關系30
4.4.2區(qū)時31
4.4.3日界線31
4.5各種時間系統(tǒng)32
4.5.1世界時系統(tǒng)32
4.5.2歷書時系統(tǒng)33
4.5.3原子時系統(tǒng)34
4.6歷法的基本概念34
4.6.1太陰歷34
4.6.2太陽歷35
4.6.3陰陽歷35
思考題與習題35
第5章導航天文學
5.1引言36
5.2宇宙和天體36
5.2.1宇宙36
5.2.2天體38
5.2.3太陽系39
5.3天體視運動40
5.3.1天體周日視運動40
5.3.2太陽周年視運動43
5.3.3月球視運動46
5.3.4行星視運動48
5.3.5歲差和章動50
5.3.6光行差51
5.4天體的辨認和識別51
5.4.1星座.星名51
5.4.2星圖.星表51
5.4.3常用恒星的識別53
思考題與習題57
參考文獻58
第2部分艦船航海中的天文導航技術
第6章天文航海中的測量儀器
6.1引言61
6.2航海六分儀61
6.2.1千分尺鼓輪六分儀61
6.2.2游標尺六分儀65
6.2.3人造地平六分儀66
6.3天文鐘67
6.3.1機械天文鐘67
6.3.2石英天文鐘67
6.4本章小結67
思考題與習題68
第7章艦船天文定位的基本原理
7.1引言69
7.2航海中的天文導航基本原理69
7.3精確天體高度的獲得71
7.3.1一般天體的高度修正71
7.3.2月球的高度修正75
7.4天體投影點的位置和時間76
7.4.1天體投影點的坐標76
7.4.2導航和天文學中的時間測量78
7.5航海天文歷80
7.5.1天文歷簡介80
7.5.2航海天文歷的組成81
7.5.3航海天文歷的使用81
7.6本章小結82
思考題與習題82
第8章高度差法求艦位
8.1引言83
8.2直接畫天文位置圓求艦位法83
8.3薩姆納法85
8.4高度差法86
8.4.1高度差法的理論基礎86
8.4.2高度差法90
8.5解析高度差法92
8.6移動艦位的確定93
8.7組合不同性質位置線求艦位法95
8.8本章小結95
思考題與習題96
第9章其他艦船天文定位方法
9.1引言97
9.2利用北極星高度確定緯度97
9.3利用天體中天高度確定緯度98
9.4利用兩個天體的觀測高度確定緯度99
9.5利用天體的中天高度確定經(jīng)度101
9.6本章小結103
思考題與習題103
參考文獻103
第3部分空間飛行器的自主天文導航技術
第10章天文導航的天體敏感器
10.1引言107
10.2天體敏感器分類107
10.3恒星敏感器107
10.3.1恒星敏感器簡介107
10.3.2恒星敏感器分類108
10.3.3恒星敏感器結構109
10.4太陽敏感器111
10.4.1太陽敏感器簡介111
10.4.2太陽敏感器分類111
10.4.3太陽敏感器結構112
10.5地球敏感器113
10.5.1地球敏感器簡介113
10.5.2地球敏感器分類113
10.5.3地球敏感器結構115
10.6其他天體敏感器115
10.7空間六分儀自主天文定位系統(tǒng)（SSANARS）116
10.8MANS自主天文導航系統(tǒng)117
10.8.1MANS自主導航系統(tǒng)原理118
10.8.2MANS自主導航系統(tǒng)結構119
10.8.3MANS自主導航系統(tǒng)特點120
10.9本章小結120
思考題與習題120
第11章航天器軌道動力學方程及自主天文導航基本原理
11.1引言121
11.2航天器二體軌道和軌道要素121
11.2.1二體問題121
11.2.26個積分和軌道要素122
11.3航天器軌道攝動126
11.3.1航天器軌道攝動方程126
11.3.2地球非球形引力攝動129
11.3.3日.月攝動130
11.3.4大氣阻力攝動131
11.3.5太陽光壓攝動132
11.3.6潮汐攝動132
11.4深空探測器的軌道運動133
11.4.1多體問題和限制性三體問題133
11.4.2地月飛行的軌道運動..135
11.5航天器自主天文導航基本原理137
11.5.1航天器基于軌道動力學方程的天文導航基本原理137
11.5.2航天器純天文幾何解析方法基本原理138
11.6本章小結139
思考題與習題139
第12章自主天文導航系統(tǒng)濾波方法
12.1引言141
12.2最優(yōu)估計方法\[13,14\]141
12.2.1估計和最優(yōu)估計方法141
12.2.2最小方差估計142
12.2.3極大似然估計143
12.2.4極大驗后估計144
12.2.5貝葉斯估計145
12.2.6線性最小方差估計146
12.2.7最小二乘估計148
12.2.8幾種最優(yōu)估計方法的比較及其關系150
12.3卡爾曼濾波151
12.3.1線性系統(tǒng)卡爾曼濾波方法151
12.3.2擴展卡爾曼濾波方法156
12.3.3Unscented卡爾曼濾波方法160
12.4粒子濾波162
12.4.1先進的粒子濾波方法162
12.4.2粒子濾波的采樣方法162
12.4.3標準粒子濾波算法164
12.4.4Unscented粒子濾波算法166
思考題與習題167
第13章地球衛(wèi)星直接敏感地平的自主天文導航方法
13.1引言168
13.2航天器自主天文導航技術168
13.2.1航天器自主導航的意義168
13.2.2地球衛(wèi)星自主天文導航技術概述169
13.3地球衛(wèi)星直接敏感地平自主天文導航原理169
13.4地球衛(wèi)星直接敏感地平自主天文導航系統(tǒng)的數(shù)學模型170
13.4.1系統(tǒng)的狀態(tài)方程170
13.4.2系統(tǒng)的量測方程172
13.5地球衛(wèi)星直接敏感地平天文導航方法性能分析176
13.5.1不同軌道動力學方程對導航性能的影響177
13.5.2濾波周期對導航性能的影響179
13.5.3觀測量對導航性能的影響181
13.5.4星敏感器安裝方位對導航性能的影響183
13.6本章小結184
思考題與習題184
第14章地球衛(wèi)星間接敏感地平的自主天文導航方法
14.1引言185
14.2星光折射間接敏感地平天文導航原理185
14.2.1星光大氣折射原理185
14.2.2星光折射高度與折射角.大氣密度之間的關系188
14.3地球衛(wèi)星間接敏感地平的自主天文導航系統(tǒng)190
14.3.1系統(tǒng)的狀態(tài)方程190
14.3.2系統(tǒng)的量測方程191
14.3.3計算機仿真192
14.4基于信息融合的直接敏感地平和間接敏感地平相結合的自主天文導航方法193
14.4.1基于信息融合的自主天文導航方法原理193
14.4.2基于信息融合的自適應Unscented卡爾曼濾波方法194
14.4.3計算機仿真195
14.5星光折射間接敏感地平的自主天文導航精度分析197
14.5.1量測信息對導航精度的影響分析197
14.5.2軌道參數(shù)對導航精度的影響分析200
14.6本章小結203
思考題與習題204
第15章深空探測器的自主天文導航原理與方法
15.1引言205
15.1.1深空探測的發(fā)展205
15.1.2天文導航對深空探測的重要性207
15.2月球探測器在轉移軌道上的天文導航方法208
15.2.1月球探測器在轉移軌道上的軌道動力學方程209
15.2.2基于星光角距的自主天文導航方法209
15.2.3基于太陽.地球矢量方向的自主天文導航方法211
15.2.4月球探測器組合導航方法213
15.3月球衛(wèi)星的自主天文導航方法215
15.3.1月球衛(wèi)星的軌道動力學方程216
15.3.2月球衛(wèi)星的量測方程217
15.4深空探測器純天文幾何解析定位方法219
15.4.1純天文定位的基本原理219
15.4.2純天文自主定位的觀測量及量測方程219
15.4.3純天文自主定位的幾何解析法222
15.5本章小結227
思考題與習題227
第16章天文導航半物理仿真系統(tǒng)
16.1引言228
16.2天文導航半物理仿真系統(tǒng)的總體設計228
16.2.1系統(tǒng)組成228
16.2.2系統(tǒng)工作流程229
16.3系統(tǒng)各模塊的設計229
16.3.1軌道發(fā)生器的設計229
16.3.2星模擬器的設計231
16.3.3星敏感器模擬器的設計231
16.3.4導航計算機的設計232
16.4星圖模擬系統(tǒng)實現(xiàn)233
16.4.1星圖模擬的原理233
16.4.2隨機視場中觀測星的選取及其驗證方法236
16.4.3星圖的模擬及軟件實現(xiàn)240
16.5天文導航半物理仿真系統(tǒng)的標定及試驗243
16.5.1系統(tǒng)硬件設備的標定243
16.5.2系統(tǒng)軟件平臺的實現(xiàn)246
16.5.3動靜態(tài)試驗及結果分析247
16.6基于半物理仿真系統(tǒng)的天文導航試驗249
16.7本章小結255
思考題與習題255
參考文獻255
第4部分彈道導彈和飛機中的慣性/天文組合導航技術
第17章慣性/天文組合導航原理與方法
17.1引言261
17.2慣性/天文組合導航系統(tǒng)的工作模式262
17.3慣性/天文組合導航系統(tǒng)的組合模式263
17.4慣性/天文組合導航基本原理264
17.4.1星敏感器的測姿原理264
17.4.2天文量測信息修正慣性器件誤差原理266
17.4.3利用慣性/天文組合導航系統(tǒng)修正彈道導彈發(fā)射點位置誤差的原理267
17.4.4利用誤差狀態(tài)轉移矩陣估計彈道導彈主動段導航誤差267
17.5慣性/天文組合導航系統(tǒng)的建模方法269
17.5.1狀態(tài)方程269
17.5.2量測方程274
17.6本章小結277
思考題與習題277
第18章慣性/天文組合導航半物理仿真系統(tǒng)
18.1引言279
18.2慣性/天文組合導航半物理仿真系統(tǒng)的子系統(tǒng)279
18.2.1慣性導航子系統(tǒng)279
18.2.2天文導航子系統(tǒng)283
18.3慣性/天文組合導航半物理仿真系統(tǒng)的總體設計286
18.4慣性/天文組合導航半物理仿真系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)287
18.5慣性/天文組合導航用軌跡發(fā)生器290
18.5.1彈道導彈軌跡發(fā)生器290
18.5.2飛機軌跡發(fā)生器295
18.6慣性/天文組合導航半物理仿真系統(tǒng)性能分析299
18.6.1星敏感器的精度對組合導航性能的影響299
18.6.2濾波周期對組合導航性能的影響300
18.6.3不同初始失準角對組合導航性能的影響303
18.7本章小結305
思考題與習題305
第19章慣性/天文組合導航系統(tǒng)的應用
19.1引言306
19.2組合導航系統(tǒng)在彈道導彈中的應用306
19.2.1彈道導彈SINS子系統(tǒng)仿真試驗307
19.2.2彈道導彈SINS/CNS組合導航系統(tǒng)半物理仿真307
19.3組合導航系統(tǒng)在飛機中的應用308
19.3.1機載SINS子系統(tǒng)仿真試驗309
19.3.2機載SINS/CNS組合導航系統(tǒng)半物理仿真310
19.4組合導航應用中的關鍵技術311
19.4.1遞歸交互式多模型自適應卡爾曼濾波方法311
19.4.2重力異常對組合導航精度的分析與補償方法315
19.4.3基于可觀測度分析的降維濾波器設計方法318
19.4.4一種狀態(tài)突變帶漸消因子的KF方法321
19.5本章小結322
思考題與習題323
參考文獻323
第5部分展望
第20章天文導航技術的展望
20.1艦船天文導航的發(fā)展趨勢329
20.2航天器天文導航的發(fā)展趨勢331
20.3慣性/天文組合導航技術的發(fā)展趨勢337
20.4結束語338
參考文獻339
附錄
附表1航海天文歷343
附表2北極星表349
附表3修正項表...351