航天测控最优估计方法

第1章 概论

1.1 航天测控中的估计问题

1.2 最优估计理论及发展

1.3 航天测控估计理论应用现状

1.4 本书导读

第2章 最小二乘法及改进方法

2.1 最小二乘法原理

2.2 观测方程线性化

2.3 状态方程线性化

2.4 状态转移矩阵

2.5 状态转移矩阵求解

2.5.1 数值积分法

2.5.2 矩阵指数函数

2.5.3 幂级数近似法

2.5.4 数值差分法

2.5.5 差分积分混合法

2.6 状态修正方程

2.7 最小二乘算法

2.7.1 顺序法化法

2.7.2 奇异值分解法

2.8 最小二乘改进算法

2.8.1 加权改进算法

2.8.2 先验序贯算法

2.9 实例与讨论

第3章 卡尔曼滤波及扩展算法

3.1 非线性系统滤波

3.2 系统噪声和观测噪声

3.3 滤波发散抑制方法

3.4 滤波缺陷分析

3.5 对滤波算法核心再认识

3.6 非线性函数均值和方差传播特点

3.7 无味卡尔曼滤波

3.7.1 无味变换均值和方差传播

3.7.2 无味卡尔曼滤波方法

3.7.3 增广无味卡尔曼滤波

3.8 最小二乘法与卡尔曼滤波比较

第4章 空间坐标系及卫星运动基础

4.1 坐标转移矩阵基础

4.1.1 正交变换

4.1.2 旋转矩阵

4.1.3 矢阵运算

4.2 空间坐标系统

4.2.1 地心坐标系

4.2.2 月心坐标系

4.2.3 地理坐标系

4.2.4 轨道坐标系

4.2.5 本体坐标系

4.3 卫星运动基础

4.3.1 开普勒轨道

4.3.2 椭圆轨道开普勒方程

4.3.3 双曲线和抛物线轨道开普勒方程

4.3.4 测量天线原点的运动

第5章 火箭弹道跟踪与估计

5.1 弹道运动建模

5.1.1 泰勒多项式模型

5.1.2 “当前”统计模型

5.2 最小二乘法

5.2.1 解耦处理算法

5.2.2 实例与讨论

5.3 扩展卡尔曼滤波

5.3.1 解耦处理算法

5.3.2 实例与讨论

5.4 “当前”统计模型弹道融合算法

5.4.1 离散状态方程

5.4.2 解耦处理算法

5.4.3 实例与讨论

第6章 初轨确定与轨道监视

6.1 粗初轨多项式拟合方法

6.2 最小二乘法

6.2.1 系统状态模型

6.2.2 系统观测模型

6.2.3 系统观测矩阵

6.2.4 状态传递矩阵

6.2.5 残差统计与方差控制

6.2.6 算法实现步骤和过程

6.3 改进拉普拉斯方法

6.3.1 改进拉普拉斯型状态方程

6.3.2 地面雷达观测方程

6.3.3 星载GNSS测量观测方程

6.3.4 算法实现步骤和过程

6.3.5 实例与讨论

6.4 扩展卡尔曼滤波

6.4.1 马尔可夫过程矢量增广系统动力学模型

6.4.2 卡尔曼滤波算法

6.4.3 两种测量体制下的融合滤波算法

6.4.4 初始状态与协方差矩阵

6.4.5 状态矩阵和观测矩阵

6.4.6 实例与讨论

第7章 机动轨道跟踪与确定

7.1 机动推力模型

7.1.1 随机过程模型

7.1.2 加速度模型

7.1.3 速度增量模型

……

第8章 自旋稳定卫星姿态确定

8.1 双矢量几何方法

8.2 动力学测定模型

8.2.1 无奇点度量模型

8.2.2 系统状态模型

8.2.3 系统观测模型

8.2.4 观测矩阵模型

8.3 加权最小二乘法

8.4 扩展卡尔曼滤波

8.5 无味卡尔曼滤波

8.6 实例与讨论

第9章 三轴稳定卫星姿态确定

9.1 矢阵代数姿态确定算法

9.1.1 矢阵姿态矩阵

9.1.2 欧拉角姿态矩阵

9.1.3 姿态测量参考方向

9.2 四元数姿态矢量确定方法

9.2.1 姿态观测模型

9.2.2 Quest姿态确定算法

9.2.3 Request姿态确定算法

9.2.4 最优Request姿态确定算法

9.2.5 自适应最优Request姿态确定算法

9.2.6 实例与讨论

9.3 多信源融合确定方法

9.3.1 联合滤波器

9.3.2 星敏感器测量模型

9.3.3 GPS姿态测量模型

9.3.4 红外地平仪测量模型

9.3.5 太阳敏感器测量模型

9.3.6 联合滤波模型

9.3.7 联合滤波算法及流程

9.3.8 实例与讨论

附录A 矢量函数微分运算

附录B 球面三角常用公式

附录C 随机变量及随机过程

附录D Cholesky分解

参考文献

《航天测控最优估计方法》针对航天测控非线性动力学系统参数估计问题，阐述了经典估计理论及其推广应用方法；面向具体工程问题，阐述了航天动力学系统估计算法的构建、分析及应用过程。在卫星跟踪、机动轨道确定、再入和非合作目标轨道跟踪、自旋稳定卫星姿态确定、三轴稳定卫星姿态跟踪等方面，呈现了一批应用成效显著的创新成果。
　　《航天测控最优估计方法》最直接的读者是从事航天测控跟踪、数据处理、轨道确定、姿态确定等专业的工程技术人员，也能为信号处理等专业研究生和高年级学生提供工程应用案例，对科研院所相关专业研究生和科研人员也具有一定的参考价值。

《航天测控最优估计方法》是有关航天动力学系统最优估计方法的科技专著。理论部分内容严谨，叙述连贯且系统性强，针对非线性动力学系统参数估计问题，阐述了经典估计理论及其推广应用；应用部分面向具体工程问题，内容具体且针对性强，阐述了航天动力学系统估计算法的构建、分析及应用；尤其在卫星机动轨道、再入和非合作目标轨道跟踪、动力学补偿连续推力轨道确定等方面，展现了许多成效显著的创新成果，填补了国内在这些领域的研究和应用空白。
　　《航天测控最优估计方法》对航天器跟踪、测量、导航等学科研究和发展具有一定的学术价值，是一本在工程技术理论方面有突破的应用科学专著。