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第1章 绪论1

1.1 深空定义1

1.2 导航定义1

1.3 深空间环境特点5

第2章 深空探测天文导航原理12

2.1 引言12

2.2 时间系统12

2.2.1 时间基准12

2.2.2 时间基准转换16

2.3 空间系统17

2.3.1 空间基准18

2.3.2 空间基准转换21

2.4 天体星历24

2.4.1 恒星星表24

2.4.2 行星星历25

2.4.3 小行星星历26

2.4.4 脉冲星星历27

2.5 轨道动力学建模28

2.5.1 行星引力影响范围28

2.5.2 飞行阶段定义31

2.5.3 近地段动力学模型32

2.5.4 巡航段动力学模型33

2.5.5 捕获段动力学模型34

2.5.6 环绕段轨道动力学36

2.5.7 EDL过程动力学模型36

2.5.8 平动点轨道动力学模型46

2.5.9 不规则小天体附近轨道动力学50

2.5.10 大气气动捕获轨道动力学模型57

2.5.11 大气气动减速轨道动力学模型58

2.6 天文导航原理60

2.6.1 天文测角导航原理60

2.6.2 天文测距导航原理63

2.6.3 天文测速导航原理65

2.6.4 天文组合导航原理68

2.7 天文导航相对论效应70

第3章 深空探测天文自主导航的基本方法72

3.1 引言72

3.2 天文测角导航方法73

3.2.1 测角导航流程73

3.2.2 导航天体特性与选取74

3.2.3 导航图像感知与检测80

3.2.4 测角导航数学模型89

3.3 天文测距导航方法91

3.3.1 测距导航流程91

3.3.2 脉冲星特性及选取91

3.3.3 导航脉冲信号处理93

3.3.4 测距导航数学模型95

3.4 天文测速导航方法96

3.4.1 测速导航流程96

3.4.2 导航光谱特征与选取96

3.4.3 导航光谱精细认证103

3.4.4 测速导航数学模型104

3.5 导航系统可观性分析105

3.5.1 可观测性106

3.5.2 可观测阶数108

3.5.3 可观测度109

3.6 导航完备性112

3.6.1 GNSS完备性112

3.6.2 天文导航完备性112

3.6.3 测速观测量对完备性的影响113

3.6.4 导航完备性与可观测性的联系与区别114

3.7 导航系统滤波估计方法116

3.7.1 最小二乘估计116

3.7.2 最小方差估计117

3.7.3 卡尔曼滤波118

3.7.4 自适应滤波125

3.7.5 粒子滤波127

3.7.6 智能滤波128

3.8 导航系统误差分析129

3.8.1 导航模型误差130

3.8.2 导航源端误差132

3.8.3 仪器误差137

3.8.4 数据处理误差141

第4章 深空探测天文组合自主导航方法145

4.1 引言145

4.2 测角测速组合导航145

4.2.1 总体方案145

4.2.2 数学模型146

4.3 测角测距组合导航149

4.3.1 总体方案149

4.3.2 数学模型150

4.4 测速测距组合导航153

44.1 总体方案153

4.4.2 数学模型153

4.5 测角测距测速组合导航154

4.5.1 总体方案154

4.5.2 数学模型154

4.6 组合导航可观性分析155

4.7 组合导航信息融合方法158

4.7.1 组合导航信息融合特点159

4.7.2 组合导航信息融合系统结构160

4.7.3 基于联邦滤波的信息融合方法161

4.8 组合导航数据相关性分析166

4.8.1 子滤波器估计不相关时的信息融合167

4.8.2 子滤波器估计相关时的信息融合170

第5章 深空天文自主导航实现技术175

5.1 引言175

5.2 光学影像天文测角导航敏感器176

5.2.1 基本原理176

5.2.2 组成及功能179

5.2.3 应用范围181

5.3 X射线脉冲星天文测距导航敏感器181

5.3.1 基本原理181

5.3.2 组成及功能183

5.3.3 应用范围184

5.4 空间外差干涉测速导航敏感器184

5.4.1 基本原理184

5.4.2 组成及功能190

5.4.3 理论精度分析192

5.4.4 应用范围195

5.5 色散定差干涉测速导航敏感器196

5.5.1 基本原理196

5.5.2 组成及功能196

5.5.3 理论精度分析198

5.5.4 应用范围201

5.6 原子鉴频测速导航敏感器201

5.6.1 基本原理201

5.6.2 组成与功能208

5.6.3 应用范围208

5.7 深空天文自主导航计算机208

5.7.1 基本原理210

5.7.2 组成及功能210

5.7.3 应用范围211

第6章 数学仿真与半物理实验212

6.1 引言212

6.2 数学仿真212

6.2.1 数学仿真模型212

6.2.2 测角测速导航仿真213

6.2.3 测角测距导航仿真218

6.2.4 测速测距导航仿真219

6.2.5 可观测度仿真220

6.3 导航目标源模拟222

6.3.1 测角目标源模拟223

6.3.2 测距目标源模拟235

6.3.3 测速目标源模拟239

6.4 航天器轨道模拟243

6.4.1 轨道动力学模拟244

6.4.2 多自由度运动平台244

6.5 航天器姿态模拟245

6.5.1 姿态动力学模拟245

6.5.2 姿态状态模拟247

6.5.3 姿态误差模拟248

6.6 深空环境模拟249

6.6.1 超真空环境模拟249

6.6.2 深冷环境模拟250

6.6.3 空间外热流环境模拟251

6.6.4 粒子辐照环境模拟252

6.6.5 微重力模拟253

6.7 地面半物理实验系统254

6.7.1 系统功能254

6.7.2 系统组成254

6.7.3 系统方案255

6.7.4 系统连接256

6.7.5 实验流程258

参考文献259

附录268

天文测速导航源恒星光谱268

缩略语和专有名词272

国际单位制基本单位274

常用变量符号说明275

用于构成十进倍数和分数单位的词头278