本书围绕深空探测天文自主导航的原理、方法、实现途径以及地面实验系统等加以研究。首先介绍了深空探测天文导航的基本概念和基本原理，包括时间系统、空间系统、动力学建模、天文测角、测速、测距导航等通用导航原理。然后针对深空测角、测距、测速三类自主导航方法进行系统论述，建立相应的状态方程与观测方程。在此基础上，给出了不同的天文组合自主导航方法，对导航系统的可观测性、组合导航信息融合、误差传播机理、导航滤波算法及误差处理等进行论述。同时，介绍了深空天文自主导航的实现技术、天文导航目标源模拟方法及地面半物理实验系统等。本书集基本原理与方法、系统设计、实验技术等内容于一体，反映了本领域的研究前沿和技术发展趋势。

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目录
序言
前言
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
4.4.1 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
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
彩图