天文導(dǎo)航原理及應(yīng)用

第1部分天文導(dǎo)航的基礎(chǔ)知識.
第1章緒論
1.1引言3
1.2天文導(dǎo)航技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用3
1.3天文導(dǎo)航的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀4
1.3.1天文導(dǎo)航的歷史4
1.3.2天文導(dǎo)航發(fā)展現(xiàn)狀6
思考題與習(xí)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(dǎo)航三角形16
2.3.1導(dǎo)航三角形16
2.3.2分割導(dǎo)航三角形17
思考題與習(xí)題19
第3章導(dǎo)航坐標(biāo)系
3.1引言20
3.2天球坐標(biāo)系20
3.2.1天球上基本點(diǎn).線.圓20
3.2.2赤道坐標(biāo)系21
3.2.3地平坐標(biāo)系22
3.2.4黃道坐標(biāo)系23
3.3空間坐標(biāo)系24
3.3.1慣性坐標(biāo)系24
3.3.2地球固聯(lián)坐標(biāo)系24
3.3.3地理坐標(biāo)系25
3.3.4載體坐標(biāo)系25
思考題與習(xí)題26
第4章時(shí)間系統(tǒng)
4.1引言27
4.2時(shí)間的基本概念27
4.2.1時(shí)間在物理學(xué)上的解釋27
4.2.2時(shí)間在哲學(xué)上的解釋28
4.2.3時(shí)間計(jì)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(shí)差30
4.4地方時(shí)和區(qū)時(shí)30
4.4.1地方時(shí).世界時(shí)及其相互關(guān)系30
4.4.2區(qū)時(shí)31
4.4.3日界線31
4.5各種時(shí)間系統(tǒng)32
4.5.1世界時(shí)系統(tǒng)32
4.5.2歷書時(shí)系統(tǒng)33
4.5.3原子時(shí)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(xí)題35
第5章導(dǎo)航天文學(xué)
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(yùn)動(dòng)40
5.3.1天體周日視運(yùn)動(dòng)40
5.3.2太陽周年視運(yùn)動(dòng)43
5.3.3月球視運(yùn)動(dòng)46
5.3.4行星視運(yùn)動(dòng)48
5.3.5歲差和章動(dòng)50
5.3.6光行差51
5.4天體的辨認(rèn)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(xí)題57
參考文獻(xiàn)58
第2部分艦船航海中的天文導(dǎo)航技術(shù)
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(biāo)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(jī)械天文鐘67
6.3.2石英天文鐘67
6.4本章小結(jié)67
思考題與習(xí)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(dǎo)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(diǎn)的位置和時(shí)間76
7.4.1天體投影點(diǎn)的坐標(biāo)76
7.4.2導(dǎo)航和天文學(xué)中的時(shí)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(jié)82
思考題與習(xí)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(chǔ)86
8.4.2高度差法90
8.5解析高度差法92
8.6移動(dòng)艦位的確定93
8.7組合不同性質(zhì)位置線求艦位法95
8.8本章小結(jié)95
思考題與習(xí)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(gè)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(jié)103
思考題與習(xí)題103
參考文獻(xiàn)103
第3部分空間飛行器的自主天文導(dǎo)航技術(shù)
第10章天文導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(dǎo)航系統(tǒng)117
10.8.1MANS自主導(dǎo)航系統(tǒng)原理118
10.8.2MANS自主導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)119
10.8.3MANS自主導(dǎo)航系統(tǒng)特點(diǎn)120
10.9本章小結(jié)120
思考題與習(xí)題120
第11章航天器軌道動(dòng)力學(xué)方程及自主天文導(dǎo)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(gè)積分和軌道要素122
11.3航天器軌道攝動(dòng)126
11.3.1航天器軌道攝動(dòng)方程126
11.3.2地球非球形引力攝動(dòng)129
11.3.3日.月攝動(dòng)130
11.3.4大氣阻力攝動(dòng)131
11.3.5太陽光壓攝動(dòng)132
11.3.6潮汐攝動(dòng)132
11.4深空探測器的軌道運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)..135
11.5航天器自主天文導(dǎo)航基本原理137
11.5.1航天器基于軌道動(dòng)力學(xué)方程的天文導(dǎo)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(jié)139
思考題與習(xí)題139
第12章自主天文導(dǎo)航系統(tǒng)濾波方法
12.1引言141
12.2最優(yōu)估計(jì)方法\[13,14\]141
12.2.1估計(jì)和最優(yōu)估計(jì)方法141
12.2.2最小方差估計(jì)142
12.2.3極大似然估計(jì)143
12.2.4極大驗(yàn)后估計(jì)144
12.2.5貝葉斯估計(jì)145
12.2.6線性最小方差估計(jì)146
12.2.7最小二乘估計(jì)148
12.2.8幾種最優(yōu)估計(jì)方法的比較及其關(guān)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(kuò)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)粒子濾波算法164
12.4.4Unscented粒子濾波算法166
思考題與習(xí)題167
第13章地球衛(wèi)星直接敏感地平的自主天文導(dǎo)航方法
13.1引言168
13.2航天器自主天文導(dǎo)航技術(shù)168
13.2.1航天器自主導(dǎo)航的意義168
13.2.2地球衛(wèi)星自主天文導(dǎo)航技術(shù)概述169
13.3地球衛(wèi)星直接敏感地平自主天文導(dǎo)航原理169
13.4地球衛(wèi)星直接敏感地平自主天文導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)學(xué)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(dǎo)航方法性能分析176
13.5.1不同軌道動(dòng)力學(xué)方程對導(dǎo)航性能的影響177
13.5.2濾波周期對導(dǎo)航性能的影響179
13.5.3觀測量對導(dǎo)航性能的影響181
13.5.4星敏感器安裝方位對導(dǎo)航性能的影響183
13.6本章小結(jié)184
思考題與習(xí)題184
第14章地球衛(wèi)星間接敏感地平的自主天文導(dǎo)航方法
14.1引言185
14.2星光折射間接敏感地平天文導(dǎo)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(guān)系188
14.3地球衛(wèi)星間接敏感地平的自主天文導(dǎo)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(jì)算機(jī)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(jié)合的自主天文導(dǎo)航方法193
14.4.1基于信息融合的自主天文導(dǎo)航方法原理193
14.4.2基于信息融合的自適應(yīng)Unscented卡爾曼濾波方法194
14.4.3計(jì)算機(jī)仿真195
14.5星光折射間接敏感地平的自主天文導(dǎo)航精度分析197
14.5.1量測信息對導(dǎo)航精度的影響分析197
14.5.2軌道參數(shù)對導(dǎo)航精度的影響分析200
14.6本章小結(jié)203
思考題與習(xí)題204
第15章深空探測器的自主天文導(dǎo)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(dǎo)航對深空探測的重要性207
15.2月球探測器在轉(zhuǎn)移軌道上的天文導(dǎo)航方法208
15.2.1月球探測器在轉(zhuǎn)移軌道上的軌道動(dòng)力學(xué)方程209
15.2.2基于星光角距的自主天文導(dǎo)航方法209
15.2.3基于太陽.地球矢量方向的自主天文導(dǎo)航方法211
15.2.4月球探測器組合導(dǎo)航方法213
15.3月球衛(wèi)星的自主天文導(dǎo)航方法215
15.3.1月球衛(wèi)星的軌道動(dòng)力學(xué)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(jié)227
思考題與習(xí)題227
第16章天文導(dǎo)航半物理仿真系統(tǒng)
16.1引言228
16.2天文導(dǎo)航半物理仿真系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)229
16.3.1軌道發(fā)生器的設(shè)計(jì)229
16.3.2星模擬器的設(shè)計(jì)231
16.3.3星敏感器模擬器的設(shè)計(jì)231
16.3.4導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)232
16.4星圖模擬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)233
16.4.1星圖模擬的原理233
16.4.2隨機(jī)視場中觀測星的選取及其驗(yàn)證方法236
16.4.3星圖的模擬及軟件實(shí)現(xiàn)240
16.5天文導(dǎo)航半物理仿真系統(tǒng)的標(biāo)定及試驗(yàn)243
16.5.1系統(tǒng)硬件設(shè)備的標(biāo)定243
16.5.2系統(tǒng)軟件平臺的實(shí)現(xiàn)246
16.5.3動(dòng)靜態(tài)試驗(yàn)及結(jié)果分析247
16.6基于半物理仿真系統(tǒng)的天文導(dǎo)航試驗(yàn)249
16.7本章小結(jié)255
思考題與習(xí)題255
參考文獻(xiàn)255
第4部分彈道導(dǎo)彈和飛機(jī)中的慣性/天文組合導(dǎo)航技術(shù)
第17章慣性/天文組合導(dǎo)航原理與方法
17.1引言261
17.2慣性/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)的工作模式262
17.3慣性/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)的組合模式263
17.4慣性/天文組合導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)修正彈道導(dǎo)彈發(fā)射點(diǎn)位置誤差的原理267
17.4.4利用誤差狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣估計(jì)彈道導(dǎo)彈主動(dòng)段導(dǎo)航誤差267
17.5慣性/天文組合導(dǎo)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(jié)277
思考題與習(xí)題277
第18章慣性/天文組合導(dǎo)航半物理仿真系統(tǒng)
18.1引言279
18.2慣性/天文組合導(dǎo)航半物理仿真系統(tǒng)的子系統(tǒng)279
18.2.1慣性導(dǎo)航子系統(tǒng)279
18.2.2天文導(dǎo)航子系統(tǒng)283
18.3慣性/天文組合導(dǎo)航半物理仿真系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)286
18.4慣性/天文組合導(dǎo)航半物理仿真系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)287
18.5慣性/天文組合導(dǎo)航用軌跡發(fā)生器290
18.5.1彈道導(dǎo)彈軌跡發(fā)生器290
18.5.2飛機(jī)軌跡發(fā)生器295
18.6慣性/天文組合導(dǎo)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(dǎo)航性能的影響299
18.6.2濾波周期對組合導(dǎo)航性能的影響300
18.6.3不同初始失準(zhǔn)角對組合導(dǎo)航性能的影響303
18.7本章小結(jié)305
思考題與習(xí)題305
第19章慣性/天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用
19.1引言306
19.2組合導(dǎo)航系統(tǒng)在彈道導(dǎo)彈中的應(yīng)用306
19.2.1彈道導(dǎo)彈SINS子系統(tǒng)仿真試驗(yàn)307
19.2.2彈道導(dǎo)彈SINS/CNS組合導(dǎo)航系統(tǒng)半物理仿真307
19.3組合導(dǎo)航系統(tǒng)在飛機(jī)中的應(yīng)用308
19.3.1機(jī)載SINS子系統(tǒng)仿真試驗(yàn)309
19.3.2機(jī)載SINS/CNS組合導(dǎo)航系統(tǒng)半物理仿真310
19.4組合導(dǎo)航應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)311
19.4.1遞歸交互式多模型自適應(yīng)卡爾曼濾波方法311
19.4.2重力異常對組合導(dǎo)航精度的分析與補(bǔ)償方法315
19.4.3基于可觀測度分析的降維濾波器設(shè)計(jì)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(jié)322
思考題與習(xí)題323
參考文獻(xiàn)323
第5部分展望
第20章天文導(dǎo)航技術(shù)的展望
20.1艦船天文導(dǎo)航的發(fā)展趨勢329
20.2航天器天文導(dǎo)航的發(fā)展趨勢331
20.3慣性/天文組合導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢337
20.4結(jié)束語338
參考文獻(xiàn)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(xiàng)表...351