《太空飞行器相对运动轨迹规划与控制》是关于太空飞行器相对运动轨迹规划与控制的一本专着。全书共8章，主要内容包括太空飞行器相对运动理论基础、自然周期相对运动轨迹设计、近距离相对运动轨迹规划、近距离相对运动控制策略、近距离观测任务轨迹设计与控制、空间机器人抓捕任务逼近轨迹设计与控制、飞行任务仿真平台设计与开发等。《太空飞行器相对运动轨迹规划与控制》视角新颖、内容详实，全面系统地阐述了太空飞行器相对运动轨迹规划与控制的理论方法、分析模型、求解算法和仿真软体等内容，具有较强的前沿性和实用性。

《太空飞行器相对运动轨迹规划与控制》可供从事航天系统分析与任务设计的研究人员和工程技术人员参考，也可作为高等院校飞行器设计、自动控制等相关专业高年级本科生及研究生的参考教材。

第1章 绪论

1.1 太空飞行器相对运动

1.1.1 太空飞行器相对运动概念

1.1.2 典型相对运动类型

1.2 太空飞行器相对运动套用发展现状

1.2.1 空间交会对接与在轨服务

1.2.2 太空飞行器编队飞行

1.2.3 天基空间目标监视

1.3 相对运动轨迹规划与控制研究综述

1.3.1 相对运动建模

1.3.2 相对运动轨迹规划

1.3.3 相对运动控制

1.3.4 飞行任务规划与仿真

1.4 本书组织结构与主要内容

第2章 太空飞行器相对运动理论基础

2.1 概述

2.1.1 坐标系

2.1.2 约定与假设

2.2 代数法相对运动模型

2.2.1 T-H方程

2.2.2 C-W方程

2.3 几何法相对运动模型

2.3.1 相对运动学方程

2.3.2 相对轨道根数与相对坐标的转换

2.4 模型误差分析与精度对比仿真

2.4.1 线性化误差

2.4.2 小偏心率误差

2.4.3 摄动误差

2.4.4 模型误差

2.4.5 模型适用度準则

2.5 姿态运动

2.5.1 姿态描述

2.5.2 姿态运动学方程

2.5.3 姿态动力学方程

2.6 小结

第3章 太空飞行器自然周期相对运动轨迹设计

3.1 概述

3.2 代数法

3.2.1 近圆参考轨道

3.2.2 椭圆参考轨道

3.3 几何法

3.3.1 经典轨道根数差值的影响分析

3.3.2 典型周期轨迹设计

3.3.3 几何法与代数法设计参数的关係

3.4 J2项不变周期相对轨迹设计

3.4.1 平根数与瞬根数

3.4.2 平根数空间下的相对运动方程

3.4.3 相对轨迹设计

3.4.4 仿真算例

3.5 小结

第4章 太空飞行器近距离相对运动轨迹规划

4.1 概述

4.2 基于脉冲推力的相对运动轨迹规划

4.2.1 二脉冲机动模型

4.2.2 基于导航点的多脉冲轨迹规划

4.2.3 基于随机最佳化的多脉冲轨迹规划

4.3 基于继电型推力的相对运动轨迹规划

4.3.1 离散化动力学模型

4.3.2 约束表示

4.3.3 规划模型

4.3.4 仿真算例

4.4 基于连续常值小推力的相对运动轨迹规划

4.4.1 最优控制原理

4.4.2 近圆参考轨道情形

4.4.3 椭圆参考轨道情形

4.5 小结

第5章 太空飞行器近距离相对运动控制策略

5.1 概述

5.2 控制问题框架

5.2.1 问题描述

5.2.2 控制策略

5.3 滑模变结构控制

5.3.1 基本原理

5.3.2 控制器设计

5.3.3 仿真算例

5.4 鲁棒约束模型预测控制

5.4.1 基本原理

5.4.2 控制器设计

5.4.3 仿真算例

5.5 小结

第6章 太空飞行器近距离观测任务轨迹设计与控制

6.1 概述

6.2 基本相对运动类型

6.2.1 椭圆型

6.2.2 振荡型

6.2.3 跳跃型

6.2.4 飞越型

6.3 绕飞观测任务轨迹

6.3.1 自然椭圆绕飞观测

6.3.2 自然螺旋绕飞观测

6.3.3 单脉冲受限“水滴”形绕飞观测

6.3.4 多脉冲受限圆形绕飞观测

6.3.5 多脉冲受限“田径场”形绕飞观测

6.4 局部观测任务轨迹

6.4.1 单脉冲受限R-bar方位观测

6.4.2 自然椭圆V-bar方位观测

6.4.3 多脉冲受限任意方位观测

6.5 观测任务期望姿态计算

6.5.1 观测模式

6.5.2 充电模式

6.6 观测任务的6-DOF耦合推力控制

6.6.1 6-DOF相对动力学模型

6.6.2 期望状态

……

第7章 空间机器人抓捕任务逼近轨迹设计与控制

第8章 空间机器人飞行任务仿真平台设计与开发

参考文献

从20世纪50年代末至今，太空飞行器技术经历了套用卫星、载人航天和多星系统等不同发展阶段，解决了卫星设计、运行控制、地面套用、交会对接、卫星组网等关键技术，为人类航天活动的大规模发展与套用奠定了坚实基础。今后，为了满足日益增加的空间套用需求，进一步提高空间系统效益，以在轨组装、加注、维修、营救等为标誌的在轨服务技术与空间基础设施建设将成为太空飞行器技术发展的重要方向，从而在理论与工程上对太空飞行器动力学与控制研究提出了新的问题与挑战。