空间目标相对导航与滤波技术PDF电子书下载

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第1章 绪论 1

1.1空间相对导航基本概念 3

1.2空间相对导航系统的组成 4

1.2.1系统构架 4

1.2.2相对测量敏感器及其特点 5

1.3测量数据的处理 7

1.3.1图像的预处理及解算 7

1.3.2数据的压缩 8

1.3.3数据的平滑 8

1.4相对导航滤波与估计 9

1.4.1线性滤波估计方法 9

1.4.2非线性滤波估计方法 10

1.4.3稳健性滤波估计方法 11

1.5空间目标的分类 12

1.5.1合作目标 12

1.5.2合作目标测量模式 13

1.5.3非合作目标 14

1.5.4非合作目标测量模式 14

1.6空间相对导航技术应用领域 15

1.6.1空间交会对接 15

1.6.2编队飞行 18

1.6.3在轨操作 21

1.6.4空间目标监测 25

参考文献 28

第2章 空间目标相对动力学分析 31

2.1坐标系定义 33

2.1.1常用坐标系 33

2.1.2坐标系转换 34

2.2航天器轨道摄动模型 35

2.2.1轨道要素的摄动方程 35

2.2.2轨道摄动因素分析 37

2.3目标探测中的变轨机动 39

2.3.1单脉冲变轨交会 39

2.3.2圆轨道双脉冲霍曼变轨交会 41

2.4目标相对轨道动力学 42

2.4.1向量导数法则 42

2.4.2代数法相对运动模型 43

2.4.3线性化相对动力学 44

2.4.4 C-W方程 45

2.4.5 T-H方程 46

2.5目标相对运动特性分析 50

2.5.1目标相对运动周期条件 50

2.5.2近圆轨道目标相对运动 51

2.5.3椭圆轨道目标相对运动 51

2.5.4仿真分析 52

2.6椭圆轨道目标周期相对运动 54

2.6.1目标轨迹径向-法向投影 56

2.6.2目标轨迹径向-横向投影 57

2.6.3目标轨迹横向-法向投影 58

2.6.4仿真算例 60

2.7目标周期相对运动特性 62

2.7.1目标轨迹曲线的维数 63

2.7.2空间自相交轨迹 64

2.8目标观测轨迹的设计 65

2.8.1跟飞观测轨迹 67

2.8.2水平面直线观测轨迹 67

2.8.3轨道面圆观测轨迹 69

2.8.4水平面椭圆观测轨迹 70

2.8.5轨道面绕飞观测轨迹 71

参考文献 73

第3章 相对导航滤波及性能分析 77

3.1滤波问题描述 79

3.2贝叶斯估计理论 80

3.2.1时间更新 80

3.2.2量测更新 80

3.3高斯滤波器 82

3.3.1高斯滤波器框架 82

3.3.2标准卡尔曼滤波 82

3.3.3扩展卡尔曼滤波 85

3.3.4无迹卡尔曼滤波 88

3.4粒子滤波 92

3.4.1蒙特卡罗方法 93

3.4.2重要性采样 93

3.4.3重采样步骤 94

3.4.4重要性密度的选择 95

3.4.5粒子滤波的基本框架 95

3.5粒子滤波的改进 96

3.5.1马尔可夫蒙特卡罗移动步骤 96

3.5.2辅助变量粒子滤波 97

3.5.3高斯粒子滤波和无迹高斯粒子滤波 98

3.5.4滤波性能对比分析 99

3.6空间相对导航算例仿真 102

3.6.1高斯噪声算例仿真与分析 103

3.6.2 gamma噪声算例仿真与分析 108

3.6.3闪烁噪声算例仿真与分析 110

3.6.4滤波算法的比较与分析 114

参考文献 114

第4章 远程目标的天基光学探测 117

4.1空间相机成像的数学模型 119

4.2目标成像模型 120

4.2.1目标亮度模型 120

4.2.2目标拖尾特征 121

4.2.3目标点特征的扩散 123

4.2.4成像噪声模型 123

4.3图像预处理 124

4.3.1高斯平滑滤波 125

4.3.2中值滤波 126

4.3.3去除恒星背景 127

4.4目标特征提取 128

4.4.1边缘检测 129

4.2.2 Hough变换检测拖尾目标 130

4.5基于二阶中心矩的特征提取 132

4.5.1边缘二阶中心矩 133

4.5.2基于连通域的二阶中心矩描述 134

4.5.3帧间匹配 136

4.6 ROI预测提速 138

4.6.1 ROI区域预测方法 138

4.6.2 ROI提速方法验证 140

参考文献 144

第5章 轨道非合作机动目标追踪 147

5.1未知机动及其影响分析 149

5.1.1非合作机动目标的数学模型 149

5.1.2未知机动的影响分析 150

5.2稳健性相对导航滤波 151

5.2.1衰减记忆滤波 151

5.2.2扩维卡尔曼滤波算法 153

5.2.3卡尔曼滤波算法的仿真对比分析 153

5.3非合作机动目标的变结构滤波 162

5.3.1机动检测器的设计 162

5.3.2扩维参数自适应卡尔曼滤波跟踪算法流程 163

5.3.3仿真分析 163

参考文献 168

第6章 机动观测及补偿滤波 171

6.1扰动观测器 173

6.2扰动观测器的误差分析 175

6.3基于扰动观测器的补偿卡尔曼滤波算法 179

6.3.1补偿滤波算法误差的有界性分析 180

6.3.2滤波参数对跟踪精度的影响 184

6.3.3补偿滤波器的结构设计 185

6.3.4结构设计中的量测数据压缩技术 185

6.4仿真分析 187

6.4.1补偿观测器的跟踪精度分析 187

6.4.2引入结构设计的精度敏感性分析 192

参考文献 193

第7章 空间目标协同观测及相对导航 197

7.1协同观测及导航任务描述 199

7.2协同导航的数学模型 200

7.2.1动力学模型 200

7.2.2协同测量模型 201

7.3集中式滤波与定位 202

7.3.1合作目标的集中式滤波定位 202

7.3.2非合作目标的集中式滤波 204

7.4分布式协同滤波 205

7.4.1合作分布式协同滤波 205

7.4.2合作分布式协同滤波性能分析 206

7.4.3非合作分布式协同滤波 207

7.4.4非合作分布式协同滤波性能分析 208

7.5协同滤波仿真分析 211

7.5.1非合作分布式协同滤波 211

7.5.2非合作分布式协同滤波 213

7.5.3实时仿真实验结果 215

参考文献 216

第8章 目标相对状态的约束滤波估计 219

8.1约束性滤波问题 221

8.2含约束的目标动力学 222

8.3建立无约束扩维卡尔曼滤波器 222

8.3.1扩维系统 222

8.3.2建立无约束扩维卡尔曼滤波 223

8.4考虑范数约束的滤波估计 225

8.4.1扩维性能指数 225

8.4.2运动状态的约束估计 226

8.4.3机动加速度的约束估计 227

8.5性能分析 231

8.6数值仿真与分析 232

8.6.1动力学方程 233

8.6.2目标的观测量 234

8.6.3数值结果 235

参考文献 239

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