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第22部分 飞行力学3

第212章 航空飞行器飞行力学、稳定性与操纵性简介3

1 背景3

2 六自由度3

3 飞机稳定性4

3.1 静稳定性4

3.2 动稳定性4

4 垂直／短距起降飞机的稳定性和操纵性5

4.1 旋翼式垂直／短距起降（V／STOL）飞机5

4.2 喷流式垂直／短距起降（V／STOL）飞机6

5 结论8

致谢8

参考文献8

第213章 固定翼飞机的起飞和着陆性能10

1 引言10

2 起飞10

3 着陆11

4 风的影响12

5 几个重要的空速定义12

6 发动机停车13

7 起飞距离13

8 着陆距离14

9 跑道摩擦特性14

10 海航飞机的发射14

11 海航飞机的着舰14

12 从倾斜跑道起飞（滑跃起飞）的好处15

13 短距起降技术16

14 起飞距离计算公式16

14.1 地面滑跑16

14.2 起飞空中距离（抬前轮到安全高度）17

15 着陆距离计算公式17

15.1 空中减速距离（从安全高度至接地）17

15.2 地面滑跑距离18

16 跑道坡度的影响18

17 螺旋桨飞机18

18 结论18

术语18

参考文献19

第214章 固定翼飞机的爬升和下滑性能20

1 引言20

2 定义和符号20

2.1 机体坐标系20

2.2 迎角、航迹倾角和俯仰角20

2.3 作用在飞机上的主要力21

3 基本运动方程21

3.1 飞机的曲线运动21

3.2 爬升和下滑的一般方程21

4 爬升性能21

4.1 爬升类型21

4.2 客机典型的爬升速度表22

4.3 爬升角和爬升梯度22

4.4 涡喷／涡扇发动机飞机的最佳爬升角23

4.5 活塞螺旋桨发动机飞机的最佳爬升角23

4.6 爬升率24

4.7 涡喷／涡扇飞机的最佳爬升率25

4.8 活塞螺旋桨飞机的最佳爬升率25

4.9 爬升时间26

4.10 风对爬升性能的影响26

5 升限（最大高度）26

5.1 绝对升限26

5.2 实用升限27

5.3 单发停车时的使用升限27

6 下滑飞行性能27

6.1 下滑角和下滑梯度27

6.2 下滑率27

7 总结28

术语28

参考文献29

第215章 固定翼运输机的机动性能30

1 引言30

2 过载系数、升力、阻力和需用推力30

2.1 过载系数30

2.2 升力30

2.3 阻力31

2.4 升阻比31

2.5 需用推力32

3 转弯性能32

3.1 引言32

3.2 水平协调转弯过程中的滚转角32

3.3 水平协调转弯时的转弯速率33

3.4 水平协调转弯的转弯半径33

3.5 持续水平转弯33

3.6 瞬时转弯34

4 俯仰机动34

5 气动失速34

5.1 气动失速简介34

5.2 影响失速速度的因素35

5.3 高速抖振35

5.4 基准失速速度36

6 飞机设计限制36

6.1 结构的完整性36

6.2 υ-n图37

7 总结38

术语38

参考文献39

第216章 固定翼战斗机的机动性能40

1 引言40

2 能量法40

2.1 能量高度he40

2.2 单位剩余功率Ps40

2.3 最大能量上升轨迹41

2.4 最大爬升率上升与最大能量上升41

3 爬升性能42

3.1 大角度爬升42

3.2 加速爬升42

4 转弯性能42

4.1 考虑单位剩余功率的转弯性能43

4.2 上升转弯43

5 性能指标44

5.1 单位剩余功率图45

5.2 动态速度转弯图45

5.3 空战周期时间45

5.4 指向裕度46

5.5 Kutschera指标46

6 新技术47

6.1 放宽静稳定性47

6.2 鸭翼构型48

6.3 推力矢量48

6.4 推力矢量对水平转弯的影响48

7 结论49

致谢49

术语49

参考文献49

第217章 固定翼飞机的巡航性能51

1 引言51

2 动力装置的定义和符号51

2.1 净燃油流量51

2.2 燃油消耗率51

2.3 螺旋桨的效率52

3 喷气式飞机的航程（额定推力发动机）52

3.1 大气航程52

3.2 基本航程方程52

3.3 航程评估方程53

3.4 飞行方案1：h和CL为常数53

3.5 飞行方案2：υ和CL为常数54

3.6 飞行方案3：h和υ为常数54

3.7 喷气式飞机航程最大的飞行条件55

4 具有额定功率发动机的飞机航程56

4.1 基本航程方程56

4.2 飞行方案1和2：CL为常数56

4.3 飞行方案3：h和υ为常数56

5 喷气式飞机的航时（额定推力发动机）57

5.1 基本航时方程57

5.2 航时方程计算57

5.3 飞行方案1和2：CL为常数57

5.4 飞行方案3：h和υ为常数57

5.5 最大航时飞行条件57

5.6 待机58

6 额定功率发动机飞机的航时58

6.1 基本航时方程58

6.2 飞行方案1：h和CL为常数58

6.3 飞行方案2：υ和CL为常数58

6.4 飞行方案3：h和υ为常数58

6.5 最大航时的飞行条件59

7 商载航程和航程燃油（喷气式飞机）59

7.1 商载航程59

7.2 给定巡航距离所需燃油59

7.3 航程燃油估计（空中近似）59

8 总结60

术语60

参考文献61

第218章 旋翼飞行力学62

1 需用功率随前飞速度的变化62

2 爬升64

3 最大航程和航时64

4 自转65

5 垂直飞行的流态和影响涡环状态的因素67

6 地面效应68

7 旋翼／尾桨干扰69

8 总结69

术语69

相关章节70

参考文献70

第219章 纵向静稳定性71

1 引言71

2 机翼的俯仰力矩方程71

3 平均空气动力弦和重心72

4 飞机的俯仰力矩方程72

5 握杆纵向配平73

6 松杆时的纵向配平73

7 握杆静稳定74

8 松杆静稳定性74

9 配平阻力75

10 拉起机动75

握杆机动裕度75

11 一般性考虑76

术语76

译者注77

参考文献77

延伸阅读77

第220章 横向静稳定性78

1 引言78

2 飞机的构型和横向操纵系统78

3 横向稳定性术语79

4 坡度转弯79

5 空中最小操纵速度79

6 飞机在直线飞行中的滚转80

7 滚转稳定性81

8 偏航稳定性82

9 结论82

术语82

参考文献83

延伸阅读83

第221章 纵向动稳定性84

1 引言84

2 拉普拉斯形式的纵向运动线化方程84

3 纵向运动模态的三自由度分析方法85

4 两自由度的短周期近似方法86

5 两自由度长周期近似方法87

6 总结／展望89

参考文献90

延伸阅读90

第222章 固定翼飞机的横、航向动稳定性91

1 引言91

2 基本方程的建立91

3 运动方程组的线化93

4 运动模态96

5 螺旋模态96

6 滚转收敛模态97

7 荷兰滚模态98

8 非线性效应100

9 结论101

术语101

注脚102

译者注102

参考文献102

第223章 旋翼飞行器的静稳定性103

1 引言103

2 术语103

2.1 配平103

2.2 稳定性和操纵性104

3 静稳定性分区104

4 旋翼系统105

5 稳定性和操纵导数106

6 前飞时的静稳定性和机动稳定性106

6.1 纵向静稳定性107

6.2 机动稳定性107

6.3 横、航向静稳定性107

7 悬停和低速飞行的静稳定性108

8 静稳定性的测试108

8.1 纵向静稳定性试验109

8.2 机动稳定性试验109

9 非常规布局109

10 结论110

术语110

致谢111

相关章节111

参考文献111

第224章 旋翼飞行器的动稳定性112

1 引言112

2 直升机部件、气动导数和工程参数112

2.1 直升机部件112

2.2 气动导数113

2.3 工程参数114

3 纵向动稳定性——低速／悬停和操纵响应和动稳定性——前飞状态114

3.1 纵向操纵响应114

3.2 纵向动稳定性115

4 横、航向动稳定性——低速和操纵响应和动稳定性——悬停与前飞状态116

4.1 横、航向操纵响应116

4.2 横、航向动稳定性117

5 飞行试验技术118

5.1 滚转操纵响应118

5.2 螺旋模态118

5.3 纵向动稳定性模态119

5.4 交叉耦合特性119

6 非常规构型119

7 结论120

术语120

致谢121

相关章节121

参考文献121

第225章 固定翼飞行器的操纵和飞行品质122

1 飞行器的操纵122

2 飞行器飞行品质简介和历史背景122

3 飞行员操纵——库珀哈珀驾驶员评价尺度123

4 模态特性和飞行器的飞行品质124

5 模态特性的改善——增稳和控制增稳系统125

6 回到源头——驾驶员的数学模型127

7 飞行品质和无人驾驶飞行器（UAVs）129

8 总结129

术语129

译者注130

参考文献130

第226章 旋翼飞行器的操纵和驾驶品质131

1 常规构型旋翼飞行器的操纵131

1.1 简介131

1.2 旋翼操纵131

1.3 无铰旋翼134

1.4 桨毂设计134

2 驾驶品质135

2.1 纵向运动135

2.2 横、航向运动135

2.3 驾驶品质要求136

3 结论137

术语与符号138

注解138

相关章节138

参考文献138

第227章 制导武器的稳定性及控制139

1 引言139

2 配平139

3 稳定性140

3.1 静稳定性140

3.2 动稳定性141

3.3 稳定导数142

4 气动布局144

4.1 简介144

4.2 滚转稳定弹144

4.3 滚转弹144

4.4 非滚转弹144

4.5 侧滑转弯和倾侧转弯对比144

5 控制144

5.1 简介144

5.2 尾翼控制145

5.3 主翼控制145

5.4 鸭翼控制145

5.5 格栅翼145

5.6 导弹对控制舵面偏转的响应146

5.7 气动干扰147

6 结论148

延伸阅读149

第228章 飞机导航150

1 引言150

1.1 导航150

1.2 参考系150

1.3 飞机导航的历史和概念151

1.4 导航系统、仪器和设备的要求152

2 陆基辅助导航设备152

2.1 简介152

2.2 仪表着陆导航系统（ILS）152

2.3 ILS的种类153

2.4 微波着陆导航系统（MLS）153

2.5 应答机着陆系统（TLS）153

2.6 卫星增强系统153

2.7 雷达154

2.8 无方向性信标（NDB）154

2.9 甚高频全向无线电信标（VOR）154

2.10 战术空中导航系统（塔康导航系统，TACAN）154

2.11 测距装置（DME）154

2.12 远程导航LORAN系统154

3 惯性导航155

3.1 惯性导航理论155

3.2 坐标系155

3.3 加速度计156

3.4 陀螺仪156

3.5 MEMS传感器156

4 卫星导航157

4.1 卫星导航系统157

4.2 原理158

4.3 误差、可用性和精度158

4.4 增强系统的完好性和精度159

5 结论159

参考文献159

第229章 制导武器与无人机的导航与路径规划161

1 导弹和无人机的GPS和INS问题161

1.1 全球定位系统（GPS）161

1.2 惯性导航系统（INS）162

1.3 惯性导航算法163

1.4 GPS／INS集成164

2 地形剖面匹配系统（TERPROM）和地形匹配系统（TERCOM）的理论与实践165

飞机和无人机路径规划165

3 战术导弹制导策略166

3.1 CLOS及其变种166

3.2 比例导引（PN）指引168

3.3 脱靶距离168

4 结论169

术语170

参考文献171

第23部分 飞行控制系统175

第230章 控制工程基础175

1 引言175

2 数学模型176

3 阶跃响应和频域响应177

4 基本反馈回路179

4.1 稳定性180

4.2 回路分析方法180

5 控制器设计182

5.1 相位超前和滞后182

5.2 PID控制183

5.3 状态反馈183

6 总结183

参考文献184

第231章 电传飞行控制系统185

1 引言185

2 空气动力与飞行控制186

3 飞行包线和增益调整187

4 系统硬件和实现188

5 飞行控制系统的开发189

6 飞行控制律的开发190

7 驾驶模拟和飞机操纵191

8 地面和飞行试验191

9 欧洲“台风”战斗机的飞行控制系统192

10 电传飞行控制的优点193

11 未来的发展194

致谢194

相关章节194

参考文献195

第232章 自适应鲁棒飞行控制196

1 引言196

2 纵向线性动力学和基本控制197

LQR提供的稳定裕度198

3 模型参考自适应控制198

4 非线性仿真分析200

5 评述201

6 总结201

参考文献201

第233章 非线性飞行系统的自适应控制设计技术202

1 引言202

2 控制器设计203

2.1 问题描述203

2.2 获取未知函数和训练神经网络（保证X→Xa）203

2.3 控制作用（确保Xα→Xd）204

2.4 流程图205

3 仿真研究205

4 结论209

术语209

附录A209

附录B210

附录C211

致谢212

参考文献212

第234章 非线性飞行控制系统213

1 引言213

2 反馈线性化214

2.1 坐标变换的线性化215

2.2 输入输出反馈线性化215

2.3 输入输出伪线性化216

3 滑模控制218

4 反推控制220

5 其他非线性方法221

5.1 滚动时域控制221

5.2 其他控制方法222

6 总结222

注：222

参考文献222

第235章 可重构的飞行控制224

1 引言224

2 容错控制方法225

2.1 被动容错控制225

2.2 主动容错控制225

2.3 其他容错控制方法228

3 结论228

术语229

相关章节229

参考文献229

第236章 飞行编队控制231

1 引言231

2 建模231

3 控制策略233

4 重构237

5 传感器239

6 实例239

7 总结240

参考文献240

第237章 多机协同控制242

1 引言242

1.1 动机242

1.2 协同控制结构242

1.3 特性242

2 协同团队的复杂性243

2.1 任务耦合244

2.2 不确定性244

2.3 通信244

2.4 不完整信息244

3 任务分配举例245

3.1 大范围军事搜索245

3.2 需要完成的任务245

3.3 任务定义245

3.4 容量制约转运分配问题246

3.5 权值计算247

3.6 仿真结果248

3.7 CTAP方法的功能和局限249

4 结论249

相关章节249

参考文献249

第238章 多飞行器的综合健康监测251

1 引言251

2 综合控制和故障检测251

3 分布式故障检测253

3.1 突发性故障检测253

3.2 非突发性故障检测255

4 非突发性故障检测的自动阈值选择258

5 仿真与分析259

致谢260

参考文献260

第239章 旋翼机飞行控制262

1 引言262

2 背景介绍262

2.1 从操作的角度来分析262

2.2 从系统的角度来分析263

2.3 目标的相符性264

2.4 飞行控制的方法264

2.5 保持模态265

2.6 转换控制266

2.7 导航模态266

3 总结266

附注266

相关章节267

参考文献267

第240章 制导武器的飞行控制268

1 引言268

2 导弹自动驾驶仪的作用268

3 制导回路270

4 控制策略270

4.1 控制策略一：侧滑转弯270

4.2 控制策略二：倾斜转弯271

5 自动驾驶仪的进一步讨论272

5.1 指令信号272

5.2 输出测量272

5.3 气动升力的产生272

5.4 气动控制舵面272

5.5 控制舵面位置的确定273

5.6 作动器275

5.7 扰动和参数变化275

5.8 弹体运动（运动方程，模型）275

5.9 自动驾驶仪设计（补偿作用）278

6 小结278

参考文献278

第241章 静态障碍物的避障279

1 引言279

2 静态障碍物规避介绍279

2.1 Voronoi图法279

2.2 网格分解法280

2.3 可见图法280

2.4 势场法和基于采样的方法280

3 避障研究280

4 静态障碍物规避281

5 应急规划282

6 总结282

参考文献282

第24部分 雷达287

第242章 天线与电磁波传播：雷达、导引头与传感器，跟踪以及目标识别287

1 天线基础287

1.1 天线辐射原理287

1.2 天线参数287

2 天线种类289

2.1 线天线289

2.2 印刷电路天线290

2.3 反射器天线与透镜天线290

2.4 阵列天线291

3 波束扫描291

3.1 机械扫描291

3.2 相控阵291

3.3 多波束阵列292

4 目标跟踪天线293

5 无线电波传播293

5.1 传播模型293

5.2 不同频段上的传播294

参考文献294

第243章 雷达基础与应用295

1 引言295

2 雷达性能296

2.1 雷达距离方程296

2.2 检测过程298

2.3 杂波300

2.4 多径300

3 雷达的优缺点300

4 一些新体制雷达300

4.1 合成孔径雷达300

4.2 有源阵列301

5 雷达显示301

6 雷达类型302

6.1 雷达频段代号302

6.2 对空监视雷达302

6.3 跟踪雷达303

6.4 气象雷达303

6.5 无线电高度计303

6.6 机载气象雷达303

6.7 空中预警雷达303

6.8 多功能雷达303

6.9 机载作战雷达303

6.10 对海侦察雷达303

6.11 战场监视雷达304

7 雷达对抗304

8 结论304

参考文献304

第244章 陆地和海洋的后向散射305

1 引言305

2 粗糙表面的散射305

3 雷达杂波的特性307

3.1 归一化RCS，σ0307

3.2 幅度统计特性308

3.3 多普勒谱309

3.4 空间相关性309

4 地杂波309

4.1 低掠入角下的归一化杂波RCS，σ0310

4.2 中等掠入角下的归一化杂波RCS311

4.3 离散散射体311

4.4 多普勒谱311

5 海杂波311

6 总结314

相关章节314

参考文献314

第245章 雷达波形设计与信号处理316

1 引言316

2 窄带信号317

3 匹配滤波器和模糊函数317

4 线性频率调制脉冲318

5 相位编码脉冲319

5.1 二相序列319

5.2 多相序列320

6 相干脉冲序列321

7 失配滤波器323

8 连续周期波形323

9 展望与新进展324

参考文献324

第246章 合成孔径雷达325

1 引言325

2 基本几何模型与假设326

3 距离分辨率326

4 方位向分辨率328

模糊331

5 多基址结构332

6 未来的发展334

术语334

相关章节335

参考文献335

第247章 导弹雷达导引头336

1 现代雷达制导导弹的特征336

1.1 中段制导336

1.2 自动末端制导337

1.3 中段制导到自动末端制导的目标切换337

2 射频导引头的任务337

2.1 射频导引头和机载截击雷达功能的主要区别337

2.2 闭环制导导引头337

2.3 半主动导引头337

2.4 反辐射寻的导引头338

3 射频导引头主要功能的评价指标338

3.1 范围搜索338

3.2 提示目标捕获338

3.3 跟踪339

3.4 火控339

4 现代射频导引头的组成339

4.1 引言339

4.2 天线组件340

4.3 射频发射机340

4.4 射频和中频处理340

4.5 数字化340

4.6 信号和数据处理340

5 先进射频导引头的发展趋势340

5.1 导引头工作频率的提高341

5.2 导引头瞬时带宽增加341

5.3 导引头特征缩减342

5.4 数字化扩展342

5.5 通过复用增加自由度342

5.6 空间自由度与电子防护342

6 结论343

术语343

参考文献343

第248章 自动目标识别345

1 引言345

2 雷达自动目标识别的挑战346

3 评价指标347

3.1 混淆矩阵347

3.2 小训练数据集性能347

3.3 拒绝和接受能力348

3.4 接收机工作特性曲线348

4 主要自动目标识别算法348

4.1 经典SAR自动目标识别算法349

4.2 一些其他的SAR自动目标识别算法349

5 结论350

注释350

参考文献350

第249章 光电传感器原理353

1 引言353

2 红外辐射机理353

2.1 黑体辐射353

2.2 辐射率354

2.3 热对比355

3 传输率355

3.1 大气中的红外辐射传输率355

3.2 霾、雾、云和雨的影响356

4 红外系统356

4.1 系统组成356

4.2 红外辐射检测356

4.3 冷却357

5 热成像系统358

5.1 复杂度358

5.2 单阵元扫描358

5.3 并行扫描358

5.4 串行扫描359

5.5 SPRITE阵列359

5.6 两维凝视阵列（焦平面阵列）360

5.7 未来的热检测器360

5.8 其他系统360

5.9 导弹制导361

5.10 红外搜索和跟踪361

6 激光361

6.1 激光器的原理361

6.2 激光器实现——三级和四级系统363

6.3 激光器波束364

6.4 激光波束与扩散364

6.5 常见激光器的类型364

6.6 波长覆盖365

7 总结365

延伸阅读365

第250章 光电成像与跟踪系统366

1 引言366

2 红外寻的导弹导引头366

2.1 第一代导引头366

2.2 第二代导引头367

2.3 第三代导引头369

2.4 第四代导引头369

3 平台存活力370

3.1 特征控制370

3.2 机动370

3.3 武器370

3.4 辅助防御系统371

4 激光应用371

4.1 测距371

4.2 激光雷达371

4.3 目标指示372

4.4 目标标记373

4.5 激光炫目373

4.6 损伤374

4.7 激光回归反射检测374

5 结论375

参考文献375

延伸阅读375

第251章 目标跟踪377

1 引言377

2 单目标跟踪378

2.1 测量和状态估计378

2.2 卡尔曼与稳态滤波器378

2.3 航迹关联和维护380

3 多目标跟踪381

3.1 测量值航迹关联381

3.2 航迹的创建和删除383

3.3 多重假设跟踪器和解模糊384

4 敏捷目标和先进跟踪器384

4.1 扩展卡尔曼滤波器384

4.2 粒子滤波器385

4.3 交互多模型386

5 总结387

致谢387

参考文献387

第25部分 轨迹和轨道力学391

第252章 轨道力学基础391

1 运动方程391

2 二体问题391

3 轨迹解的基本属性392

3.1 圆锥曲线392

3.2 轨道要素392

3.3 运动常量392

3.4 角动量392

3.5 能量常量392

3.6 轨道方程393

3.7 轨道周期393

3.8 速度公式393

4 摄动理论393

4.1 摄动力394

4.2 引力396

4.3 大气阻力396

4.4 三体引力398

4.5 太阳光压398

4.6 潮汐摄动399

4.7 反照率399

4.8 其他摄动力399

5 航天动力学的主要问题400

5.1 轨道预报400

5.2 轨道确定401

5.3 使用星历表分析401

6 总结401

注意401

参考文献401

第253章 任务设计与轨迹优化403

1 引言403

2 运动方程403

3 基础概念405

3.1 脉冲机动405

3.2 基本的轨道转移机动405

3.3 航天器转移类型405

3.4 轨道边值问题407

3.5 引力辅助机动407

3.6 火箭方程式和有限推力机动408

3.7 轨迹线性化和状态转移矩阵409

4 轨迹设计和优化：基础解法411

4.1 非线性方程求根问题411

4.2 大中取小问题412

4.3 约束优化问题412

5 脉冲轨迹的设计与优化412

实例：多脉冲地月转移的公式413

6 有限推力轨迹的设计与优化414

参数化推力矢量模型415

7 行星际轨迹设计与优化实例416

问题描述和流程416

8 总结419

术语419

相关章节420

参考文献420

第254章 星际导航422

1 引言422

2 星际任务中的导航目标422

3 深空导航系统423

3.1 航天器轨道动力学及建模423

3.2 测量系统424

3.3 飞行路径估计428

3.4 导航支持功能429

3.5 轨迹修正机动430

3.6 深空导航系统的概念性表述431

4 星际任务中的导航精度431

5 结论431

致谢432

相关章节432

参考文献432

第255章 卫星轨道的确定433

1 引言433

2 轨道确定过程的线性化434

3 状态转移矩阵435

4 观测量和历元状态的关系435

5 最小二乘解435

6 批处理计算算法436

7 估计的传递协方差矩阵436

8 序贯估计算法436

9 序贯计算算法437

10 扩展的序贯估计算法438

11 扩展的序贯计算算法439

12 通过正交变换求最小二乘解439

13 状态噪声补偿算法439

14 高阶滤波器440

15 轨道确定实例440

16 结论442

致谢443

术语443

相关章节443

参考文献443

第256章 地球轨道环境445

1 引言445

2 地球轨道上的空间目标群445

3 轨道区域446

3.1 低地球轨道446

3.2 中地球轨道448

3.3 地球同步轨道450

4 总结和未来的趋势451

参考文献451

第257章 平动点轨道和三体问题453

1 引言453

动力学系统理论453

2 三体问题453

2.1 量纲为1的量453

2.2 运动方程454

2.3 Jacobi常量454

2.4 平动点455

3 平动点轨道455

3.1 近似解析解456

3.2 微分修正456

3.3 稳定性457

4 不变流形459

5 平动点轨道间的自由转移460

6 星历表计算460

7 平动点任务461

8 结论及未来展望462

相关章节462

参考文献462

第258章 动力学环境任务464

1 介绍464

2 摄动、相关模型和任务464

2.1 推进464

2.2 多体和星历问题466

2.3 拼接圆锥曲线模型和重大旅游轨道466

2.4 Tisserand示意图和V∞杠杆作用468

2.5 非球形引力：最重要的项469

2.6 非球形引力：冻结轨道和低轨月球轨道示例469

2.7 小星体引力470

2.8 第三体引力：限制性问题471

2.9 第三体引力：Hill模型和行星卫星轨道器473

2.10 第三体引力：椭圆情况474

2.11 地月系统474

2.12 太阳辐射光压474

3 结论475

相关章节476

参考文献476

第259章 太阳帆动力学与控制478

1 太阳帆推进的优势及其应用478

2 历史与发展现状478

3 基础太阳辐射压力模型478

3.1 理想太阳帆模型479

3.2 光学太阳帆模型479

3.3 太阳帆模型比较480

4 太阳帆性能参数481

5 轨道动力学与控制481

5.1 以太阳为中心的运动482

5.2 以行星为中心的运动482

5.3 在拉格朗日点的运动482

6 高等太阳辐射压力模型484

6.1 广义太阳帆模型484

6.2 修正的太阳帆模型484

6.3 光学太阳帆退化模型484

7 姿态动力学与控制485

7.1 姿态动力学485

7.2 姿态控制设计方案486

7.3 最佳姿态控制系统设计准则487

8 总结、结论与展望487

9 附录：以太阳为中心的参照系487

相关章节488

参考文献488

第260章 卫星编队飞行490

1 引言490

2 相对运动491

2.1 Clohessy-Wiltshire方程491

2.2 椭圆主星轨道493

2.3 摄动影响495

3 构型保持与重构497

4 相对导航499

5 总结500

术语500

参考文献500

第261章 全球卫星导航系统502

1 引言502

2 重要事件和政策502

3 基本原理503

4 卫星群504

5 信号505

6 控制组件507

7 接收机507

8 测量设备及其误差508

9 空间应用509

9.1 空间活动509

9.2 航空飞行510

10 总结511

参考文献511

第26部分 姿态动力学与航天器轨道控制515

第262章 姿态动力学基本原理515

1 刚体运动学515

1.1 旋转坐标系515

1.2 姿态参数516

2 刚体模型的转动惯量519

2.1 惯量矩阵的定义519

2.2 主要坐标系519

2.3 平行轴定理520

3 角动量521

4 动能521

5 旋转运动方程521

5.1 欧拉旋转方程521

5.2 主轴旋转稳定性522

5.3 刚体运动的数值仿真522

6 无力矩响应522

6.1 圆锥运动522

6.2 本体瞬心迹523

7 双自旋稳定524

7.1 运动方程524

7.2 线性平衡稳定性525

8 用于被动控制的外部力矩525

8.1 重力梯度力矩525

8.2 大气力矩527

8.3 磁力矩527

9 总结527

参考文献527

第263章 姿态确定敏感器529

1 引言529

2 姿态确定敏感器529

2.1 太阳敏感器529

2.2 地球地平线敏感器530

2.3 磁强计531

2.4 GPS干涉仪531

2.5 星地相机、追踪仪、扫描仪531

2.6 精细误差敏感器533

3 陀螺仪533

3.1 旋转质量陀螺仪533

3.2 干调谐转子陀螺仪534

3.3 半球谐振陀螺仪534

3.4 环形激光陀螺仪534

3.5 干涉型光纤陀螺仪535

3.6 角位移传感器536

参考文献536

第264章 姿态确定538

1 引言538

2 单框架方法538

2.1 Wahba问题538

2.2 达文波特Q方法539

2.3 四元数估计（QUEST）539

2.4 奇异值分解法540

2.5 快速最优姿态矩阵（FOAM）540

2.6 最优四元数估计540

2.7 Wahba问题的相关算法比较541

2.8 单框GPS架姿态确定541

3 时序方法542

3.1 加性四元数卡尔曼滤波542

3.2 乘法四元数扩展卡尔曼滤波（MEKF）543

3.3 测量模型和更新544

3.4 四元数测量模型545

3.5 与Wahba问题相关的四元数方法545

4 总结546

相关章节546

参考文献546

第265章 主动姿态控制执行机构548

1 引言548

2 磁力矩器548

2.1 磁力矩的产生548

2.2 磁力矩器（图2）设计548

3 推力器549

3.1 推力器姿态控制549

3.2 推力器脉冲调制方案550

4 反作用轮551

4.1 反作用轮基础551

4.2 技术考虑552

4.3 考虑摆动速率约束的执行机构大小的确定552

4.4 反作用轮的动力学模型552

5 控制力矩陀螺553

5.1 控制力矩陀螺（CMG）基础553

5.2 力矩放大554

5.3 CMG系统的总角动量554

5.4 CMG群和CMG奇异554

5.5 CMG设计问题555

参考文献556

第266章 高精度三轴指向与控制557

1 三轴姿态控制557

1.1 含转子的刚体动力学557

1.2 航天器运动学557

1.3 姿态控制558

1.4 线性化分析558

1.5 控制器特性559

2 姿态估计误差561

2.1 星敏感器噪声模型561

2.2 陀螺噪声模型561

2.3 姿态观测器561

3 反作用轮干扰564

3.1 静不平衡564

3.2 动不平衡565

3.3 飞轮阻力矩565

3.4 换相转矩波动565

4 精确指向与控制565

4.1 设计准则565

4.2 飞轮速度逆转566

4.3 振动隔离566

4.4 精密导引敏感器（FGS）566

4.5 快速控制反射镜（FSM）567

5 结论567

相关章节567

参考文献567

第267章 多体动力学的有效建模569

1 引言569

2 张拉整体系统570

3 杆／弦网络的描述571

4 刚性杆的动力学571

4.1 带约束的定长杆的动力学572

4.2 β根杆的系统572

5 杆／弦间联系特性的描述573

6 动力学的矢量形式574

7 I类张拉整体系统的静力学575

8 结论575

参考文献576

第268章 导航制导与控制系统的故障检测、分离与修复577

1 引言577

1.1 航天器故障保护综述577

1.2 故障、失效与症状577

1.3 典型故障保护策略579

1.4 FP系统的组成582

2 GNC系统故障保护范围583

3 FP系统的考虑因素585

3.1 冗余、故障冗余与功能冗余585

3.2 功能衰减586

4 总结586

参考文献586

第269章 近距离交会对接587

1 交会对接任务、方案、接近阶段587

1.1 任务综述587

1.2 典型的交会对接任务的总体方案587

1.3 交会对接任务的主要阶段587

1.4 应用589

1.5 合作与非合作目标589

1.6 轨道类型589

2 交会轨迹和策略589

2.1 坐标系589

2.2 Hill方程，ClohessyWiltshire方程590

2.3 轨迹要素591

2.4 接近策略的例子591

3 自主交会对接控制系统593

3.1 导航、制导与控制593

3.2 任务与飞行管理系统594

3.3 系统容错与碰撞风险预测594

4 交会对接采用的传感器595

4.1 中长距离传感器595

4.2 短距离传感器595

4.3 非合作目标交会对接传感器597

5 接触动力学与对接机构597

5.1 “对接”与“停靠”的定义597

5.2 对接机构的功能598

5.3 接触时的动量交换598

5.4 捕获与减震598

5.5 对接机构的类型599

6 人工与自主控制的作用600

6.1 已有的人工与自动控制600

6.2 人工操作的控制职责600

6.3 人工、自动或自主交会对接600

致谢600

参考文献600

附录1 《航空航天科技出版工程》英文版编写委员会602

附录2 《航空航天科技出版工程5 动力学与控制》英文版参编人员605

索 引608