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內(nèi)容簡介

　　探測地外天體對人類的持續(xù)生存和不斷向地球以外的空間擴展有著重要的現(xiàn)實意義。人類已經(jīng)渡過了深空探測的初級階段，正在向中級階段邁進。對地外天體的探測方式也從飛越、交會、繞飛發(fā)展到著陸、巡視與采樣返回。在地外天體著陸是實現(xiàn)對地外天體近距離觀測、研究以及資源開發(fā)利用的關(guān)鍵，同時也是獲取具有更大科學(xué)價值信息的重要途徑。本書圍繞地外天體著陸的特殊環(huán)境與約束問題，從天體模型、引力場表征、星表特征提取、著陸位姿確定、著陸軌跡規(guī)劃等多個方面，系統(tǒng)地介紹著陸自主光學(xué)導(dǎo)航與制導(dǎo)的基礎(chǔ)理論與技術(shù)方法，包括基于圖像信息的天體建模方法、天體引力場快速預(yù)測方法、著陸星表特征提取與處理方法、著陸自主位姿確定方法、安全著陸軌跡規(guī)劃與制導(dǎo)方法，并通過以實際著陸探測任務(wù)為背景，結(jié)合著陸過程的不同階段與不同外界條件，給出了綜合導(dǎo)航制導(dǎo)與控制系統(tǒng)典型設(shè)計案例。書中既包括地外天體著陸自主導(dǎo)航與制導(dǎo)的基礎(chǔ)理論，又含有新穎的自主光學(xué)導(dǎo)航與制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計思想與實用方法。本書可供從事深空探測相關(guān)工作的研究人員和科技工作者閱讀，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)參考書。

作者簡介

　　高艾，副教授，博士生導(dǎo)師，入選中國科協(xié)青年人才托舉工程。長期從事深空探測器自主導(dǎo)航、軌跡規(guī)劃與制導(dǎo)控制等方面研究工作。先后獲得國家自然科學(xué)基金項目、國家863課題、973子課題、國家重點研發(fā)項目等資助。獲國家科技進步二等獎1項、國防科技進步一等獎1項、國防科技進步二等獎2項。

圖書目錄

目　錄
第１章　緒論１
　１?１　地外天體著陸任務(wù)２
　?。?１?１　月球著陸任務(wù)２
　?。?１?２　小天體著陸任務(wù)５
　　１?１?３　行星著陸任務(wù)８
　　１?１?４　地外天體著陸任務(wù)特點１０
?。?２　面臨問題與研究現(xiàn)狀１３
　?。?２?１　天體表面模型與引力場建模１３
　　１?２?２　星表特征提取與障礙檢測１９
　?。?２?３　導(dǎo)航狀態(tài)確定與估計濾波２５
　?。?２?４　著陸軌跡規(guī)劃與制導(dǎo)控制２８
?。?３　本書主要內(nèi)容３３
　參考文獻３６
第２章　基于圖像信息的天體模型４０
?。?１　天體圖像特征點提取匹配算法４０
　?。?１?１　圖像特征點提取算法４０
　?。?１?２　圖像特征點匹配篩選算法４４
?。?２　基于特征點的天體點云模型構(gòu)建４７
　?。?２?１　相機模型的建立４７　?
　?。?２?２　天體模型點云構(gòu)建４９
　２?３　天體點云模型的網(wǎng)格化方法５２
　參考文獻５８
第３章　天體引力場快速預(yù)測方法６１
?。?１　傳統(tǒng)引力場建模方法６２
　３?２　基于插值的引力場建模方法７０
?。?３　基于機器學(xué)習(xí)的引力場建模方法７２
　　３?３?１　預(yù)測模型數(shù)據(jù)選?。罚?br />　?。?３?２　預(yù)測模型建立７３
　?。?３?３　預(yù)測模型訓(xùn)練７５
　?。?３?４　預(yù)測精度分析７６
　參考文獻９１
第４章　著陸星表特征提取與處理方法９４
?。?１　星表特征提取方法的基本原理９４
?。?２　基于支持向量機的特征預(yù)檢測方法９５
　　４?２?１　隕石坑模擬模型９６
　?。?２?２　隕石坑圖像模擬９７
　?。?２?３　基于HOG特征的支持向量機分類方法１０２
　?。?２?４　支持向量機分類學(xué)習(xí)方法１０３
?。?３　基于聚類分析的特征點篩選方法１０４
　　４?３?１　基于局部密度的點簇聚類方法１０４
　?。?３?２　隕石坑篩選與標記１０６
?。?４　基于深度學(xué)習(xí)的隕石坑檢測方法１０７
　?。?４?１　隕石坑數(shù)據(jù)集１０７
　　４?４?２　Unet網(wǎng)絡(luò)模型１０７
　?。?４?３　損失函數(shù)設(shè)置１０９
　　４?４?４　訓(xùn)練設(shè)置１０９
　?。?４?５　評價指標１１０
　?。?４?６　實驗結(jié)果分析１１０
　參考文獻１１２
第５章　著陸自主位姿確定方法１１６
　５?１　基于視線測量的自主光學(xué)導(dǎo)航方法１１６
　?。?１?１　相關(guān)坐標系定義１１６
　　５?１?２　視線測量導(dǎo)航１１８
?。?２　導(dǎo)航方案可觀測性分析１２０
　?。?２?１　可觀測性的分析方法１２０
　　５?２?２　系統(tǒng)可觀測性分析１２１
?。?３　導(dǎo)航濾波算法設(shè)計１２４
　?。?３?１　狀態(tài)方程與觀測方程１２４
　　５?３?２　擴展卡爾曼濾波器設(shè)計１２６
　參考文獻１２７
第６章　行星進入軌跡優(yōu)化與評估方法１３０
?。?１　進入段可達集優(yōu)化求解方法１３０
　?。?１?１　可達集的相關(guān)定義１３１
　?。?１?２　可達集的計算方法１３２
?。?２　基于最大終端高度的進入軌跡優(yōu)化求解１３５
　?。?２?１　行星進入最優(yōu)軌跡生成１３６
　?。?２?２　進入段最大終端高度快速評估方法１３６
　６?３　進入軌跡特性分析與飛行能力評估１３８
　?。?３?１　進入軌跡特性分析１３８
　?。?３?２　飛行能力與風(fēng)險評估１５０
　參考文獻１５５
第７章　安全著陸軌跡規(guī)劃與制導(dǎo)方法１５７
?。?１　著陸地形危險障礙檢測方法１５７
　?。?１?１　巖石與隕石坑障礙檢測方法１５７
　　７?１?２　陡坡地形與斷層障礙檢測方法１５８
?。?２　基于特征分布統(tǒng)計信息的行星地形安全評估準則１５９
　?。?２?１　特征密度的統(tǒng)計信息計算１６０
　?。?２?２　基于特征密度因子的地形安全評估準則１６１
?。?３　基于李雅普諾夫函數(shù)的著陸軌跡設(shè)計１６３
　　７?３?１　勢函數(shù)軌跡設(shè)計方法１６３
　?。?３?２　著陸地形危險性函數(shù)１６５
　參考文獻１６８
第８章　著陸導(dǎo)航制導(dǎo)綜合仿真實驗１７１
　８?１　仿真實驗設(shè)計１７１
?。?２　實驗環(huán)境的搭建１７３
?。?３　綜合仿真實驗分析１７５
　?。?３?１　路標模型精度對導(dǎo)航精度的影響１８０
　?。?３?２　狀態(tài)初值偏差對導(dǎo)航精度的影響１８２
　　８?３?３　不同地形環(huán)境下勢函數(shù)制導(dǎo)可靠性分析１８４
　參考文獻１８７