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第1章　绪论1

1.1　航天器相对运动2

1.1.1　航天器相对运动概念2

1.1.2　典型相对运动类型3

1.2　航天器相对运动应用发展现状7

1.2.1 空间交会对接与在轨服务7

1.2.2　航天器编队飞行15

1.2.3　天基空间目标监视19

1.3　相对运动轨迹规划与控制研究综述25

1.3.1　相对运动建模26

1.3.2　相对运动轨迹规划28

1.3.3 相对运动控制31

1.3.4　飞行任务规划与仿真32

1.4　本书组织结构与主要内容37

第2章　航天器相对运动理论基础41

2.1 概述41

2.1.1 坐标系41

2.1.2　约定与假设42

2.2　代数法相对运动模型42

2.2.1　T-H方程44

2.2.2　C-W万程46

2.3　几何法相对运动模型47

2.3.1　相对运动学方程48

2.3.2 相对轨道根数与相对坐标的转换51

2.4　模型误差分析与精度对比仿真53

2.4.1 线性化误差54

2.4.2 小偏心率误差61

2.4.3　摄动误差65

2.4.4　模型误差70

2.4.5　模型适用度准则71

2.5　姿态运动72

2.5.1　姿态描述72

2.5.2　姿态运动学方程79

2.5.3 姿态动力学方程81

2.6　小结81

第3章　航天器自然周期相对运动轨迹设计83

3.1 概述83

3.2　代数法84

3.2.1　近圆参考轨道84

3.2.2 椭圆参考轨道88

3.3　几何法95

3.3.1 经典轨道根数差值的影响分析96

3.3.2　典型周期轨迹设计101

3.3.3 几何法与代数法设计参数的关系102

3.4　J2项不变周期相对轨迹设计104

3.4.1 平根数与瞬根数104

3.4.2 平根数空间下的相对运动方程105

3.4.3　相对轨迹设计107

3.4.4　仿真算例108

3.5　小结109

第4章　航天器近距离相对运动轨迹规划110

4.1　概述110

4.2　基于脉冲推力的相对运动轨迹规划111

4.2.1 二脉冲机动模型111

4.2.2　基于导航点的多脉冲轨迹规划114

4.2.3 基于随机优化的多脉冲轨迹规划119

4.3　基于继电型推力的相对运动轨迹规划124

4.3.1 离散化动力学模型125

4.3.2　约束表示127

4.3.3　规划模型131

4.3.4　仿真算例132

4.4　基于连续常值小推力的相对运动轨迹规划134

4.4.1 最优控制原理134

4.4.2　近圆参考轨道情形136

4.4.3 椭圆参考轨道情形144

4.5　小结153

第5章　航天器近距离相对运动控制策略155

5.1 概述155

5.2　控制问题框架156

5.2.1 问题描述156

5.2.2　控制策略158

5.3　滑模变结构控制160

5.3.1　基本原理160

5.3.2　控制器设计162

5.3.3　仿真算例164

5.4　鲁棒约束模型预测控制166

5.4.1 基本原理167

5.4.2　控制器设计171

5.4.3　仿真算例175

5.5　小结178

第6章　航天器近距离观测任务轨迹设计与控制180

6.1 概述180

6.2　基本相对运动类型181

6.2.1 椭圆型181

6.2.2　振荡型182

6.2.3　跳跃型183

6.2.4　飞越型184

6.3　绕飞观测任务轨迹185

6.3.1 自然椭圆绕飞观测185

6.3.2 自然螺旋绕飞观测187

6.3.3 单脉冲受限“水滴”形绕飞观测188

6.3.4 多脉冲受限圆形绕飞观测189

6.3.5 多脉冲受限“田径场”形绕飞观测191

6.4　局部观测任务轨迹193

6.4.1 单脉冲受限R-bar方位观测193

6.4.2 自然椭圆V-bar方位观测194

6.4.3 多脉冲受限任意方位观测195

6.5　观测任务期望姿态计算198

6.5.1　观测模式199

6.5.2　充电模式200

6.6　观测任务的6-DOF耦合推力控制201

6.6.1　6-DOF相对动力学模型201

6.6.2　期望状态203

6.6.3　控制策略204

6.6.4　仿真算例207

6.7　小结209

第7章　空间机器人抓捕任务逼近轨迹设计与控制210

7.1　概述210

7.2　三轴稳定卫星的抓捕逼近211

7.2.1　直线逼近模型212

7.2.2　相对静止保持213

7.2.3 基于组合机动的V-bar逼近214

7.3　无控旋转卫星的抓捕逼近219

7.3.1 目标运动模型219

7.3.2　飞越逼近策略221

7.3.3 同步控制逼近策略227

7.4　小结237

第8章　空间机器人飞行任务仿真平台设计与开发238

8.1 概述238

8.2　飞行任务过程分析239

8.2.1　接近伴飞任务239

8.2.2　交会抓捕任务242

8.2.3 飞行任务规划244

8.3　空间机器人系统功能行为模型249

8.3.1 功能行为模型概念250

8.3.2 空间机器人功能行为分析251

8.3.3 空间机器人功能行为建模257

8.4　设计模式与体系架构282

8.4.1 MVC设计模式与实现282

8.4.2 自主运行体系架构290

8.5　仿真平台设计与实现291

8.5.1 功能需求291

8.5.2　体系结构292

8.5.3　关键技术293

8.5.4 仿真平台实现304

8.6　小结316

参考文献318