低軌大規模衛星星座理論與控制方法 胡敏 阮永井 陶雪峰 薛文 9787512441972 【台灣高等教育出版社】

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本書是作者集自己的對低軌大規模衛星星座理論及控制方法的研究，並結合眾多學者的研究成果，對低軌大規模衛星星座從設計、優化、部署、維持、重構以及安全性等方面的理論及關鍵技術的闡述，是一本不可多得的理論實踐相結合與衛星星座相關的圖書。本書適用於愛好航空航天以及對衛星星座設計與控制感興趣的大眾讀者，也適用於從事大規模衛星星座設計的專業人員。

內容簡介
本書主要介紹低軌大規模衛星星座理論與控制方法。全書分為12章，系統地介紹了低軌大規模衛星星座的概念和發展現狀，總結了低軌大規模衛星星座的相關理論和關鍵技術，包括星座優化設計方法、定軌方法、分階段部署方法、星座維持控制方法、星座重構方法、星座內部與外部安全性分析方法以及低軌大規模衛星星座的評估方法。
本書可供從事衛星星座設計與控制方向的科研人員使用，也可作為高等院校航天專業的高年級本科生、研究生的教材。

作者簡介
胡敏，1983年7月出生，航天工程大學副教授，博士生導師，軍隊青年科技英才，主要從事衛星星座優化設計、航天器任務規劃理論與方法研究。主持國家自然科學基金等10餘項課題，獲中國專利優秀獎1項（1）、軍隊科技進步二等獎1項（1）、軍事科學技術進步三等獎1項（1），授權國家發明專利50餘項，發表論文60餘篇，出版著作5部。
阮永井，1993年10月出生，航天工程大學航空宇航科學與技術專業博士研究生，主要從事低軌大規模星座構型設計、部署、控制及其安全性等方面研究。發表論文7篇，授權專利3項，2022年獲「發明創業獎創新獎」二等獎。
陶雪峰，1992年5月出生，航天工程大學講師，主要從事航天器軌道確定方法研究。2011-2017年就讀於國防科技大學，獲航空宇航科學與技術專業碩士學位。2018-2021年就讀於航天工程大學，獲兵器科學與技術專業博士學位。發表論文十余篇，其中SCI檢索5篇，EI檢索3篇。申請/授權專利十余項，授權軟體著作權1項，獲軍事科學技術進步三等獎1項，榮立三等功3次。
薛文，1995年10月出生，航天工程大學航空宇航科學與技術專業博士研究生，主要從事低軌大規模星座設計與部署研究。2023年6月畢業於航天工程大學研究生院機械專業，獲工程碩士專業學位，申請/授權專利5余項，發表論文6篇。

目錄
第1章 緒 論 1
1 1 低軌大規模衛星星座概述 1
1 1 1 衛星星座的概念 1
1 1 2 衛星星座的分類 3
1 1 3 低軌大規模衛星星座的特點 7
1 2 低軌大規模衛星星座的發展現狀 8
1 2 1 國外低軌大規模衛星星座的發展現狀 8
1 2 2 國內低軌大規模衛星星座的發展現狀 14
1 3 低軌大規模衛星星座控制關鍵技術 18
1 3 1 低軌大規模衛星星座的構型優化設計 18
1 3 2 低軌大規模衛星星座的分批部署 20
1 3 3 低軌大規模衛星星座的構型維持 25
1 3 4 低軌大規模衛星星座的構型重構 26
1 3 5 低軌大規模衛星星座的安全性 26
1 3 6 低軌大規模衛星星座的衛星碰撞和離軌控制 34
參考文獻 35
第2章 低軌大規模衛星星座控制動力學理論 45
2 1 Walker星座及常用坐標系定義 45
2 1 1 Walker星座 45
2 1 2 常用坐標系定義 46
2 2 低軌大規模衛星星座軌道控制的攝動模型 47
2 2 1 攝動力模型建立 48
2 2 2 衛星星座相對漂移攝動源分析 52
2 2 3 連續小推力下的軌道控制動力學方程 56
2 3 低軌大規模衛星星座構型穩定性分析 57
2 3 1 衛星軌道要素攝動變分數學模型分析 57
2 3 2 基於衛星軌道要素偏差攝動的衛星星座穩定性分析 59
參考文獻 60
第3章 低軌大規模衛星星座優化設計方法 61
3 1 低軌衛星星座的基本構型 61
3 1 1 近極軌道衛星星座構型 61
3 1 2 Walker δ星座構型 62
3 1 3 Flower星座構型 63
3 2 衛星星座設計方法 65
3 2 1 幾何解析法 65
3 2 2 模擬比較法 66
3 2 3 基於優化演算法的設計方法 66
3 3 中軌導航衛星星座衛星失效影響分析 67
3 3 1 導航衛星星座可用性分析 67
3 3 2 衛星失效分析 70
3 4 低軌混合導航衛星星座構型優化設計 78
3 4 1 低軌導航特點分析 79
3 4 2 低軌傾斜衛星星座設計 86
3 4 3 基於 NSGA Ⅱ演算法的衛星星座優化設計方法 90
3 4 4 低軌極軌道衛星星座設計 95
3 4 5 低軌混合導航衛星星座性能分析 98
3 4 6 低軌混合導航衛星星座導航增強性能分析 101
參考文獻 104
第4章 低軌大規模衛星星座定軌方法 109
4 1 低軌大規模衛星星座探測方法 109
4 2 初定軌演算法 111
4 2 1 初定軌演算法的發展 111
4 2 2 改進的拉普拉斯演算法 112
4 2 3 短弧光學初定軌的 Gooding演算法 116
4 2 4 圓軌道假設下的初定軌演算法 119
4 2 5 僅測角短弧初定軌不確定性分析演算法 122
4 3 多站聯合定軌演算法 131
4 3 1 問題分析 131
4 3 2 多站拉普拉斯定軌演算法 132
4 3 3 多站拉普拉斯演算法定軌結果的最小二乘改進 133
4 3 4 多站聯合定軌結果的不確定性 133
4 3 5 多站聯合定軌演算法模擬驗證 134
4 4 精密定軌演算法 137
4 4 1 一般非線性最小二乘問題 137
4 4 2 批處理最小二乘定軌 138
4 4 3 擴展卡爾曼濾波定軌 143
4 4 4 批處理最小二乘法與擴展卡爾曼濾波的對比 144
4 5 小推力航天器定軌方法 145
4 5 1 連續小推力下的精密定軌 145
4 5 2 簡化的推力參數辨識方法 147
參考文獻 150
第5章 低軌大規模衛星星座分批部署方法 151
5 1 衛星初始軌道要素變分攝動演化分析 151
5 1 1 衛星初始軌道要素偏差的蒙特卡洛模擬 152
5 1 2 衛星星座結構穩定性量化分析 152
5 2 衛星星座初始化策略分析 155
5 2 1 衛星星座軌道面升交點赤經初始化策略分析 156
5 2 2 衛星星座軌道面內相位初始化策略分析 157
5 2 3 衛星星座軌道面內相位初始化模擬 158
5 3 初始化參數補償方法 160
5 3 1 基於軌道傾角偏置的衛星升交點赤經補償方法 160
5 3 2 基於軌道傾角偏置的衛星升交點赤經補償方法模擬 161
5 4 低軌衛星星座分階段部署方案設計 162
5 4 1 分階段部署方案描述 162
5 4 2 分階段部署模型建立 164
5 5 基於 NSGA Ⅱ演算法的停泊軌道優化設計方法 167
5 5 1 決策變數與目標函數 167
5 5 2 時間和燃料消耗最小化 167
5 6 模擬分析 168
5 6 1 低軌傾斜衛星星座部署 168
5 6 2 極軌道衛星星座部署 172
參考文獻 174
第6章 低軌大規模衛星星座維持控制方法 175
6 1 衛星星座構型維持研究現狀 175
6 1 1 參數偏置法 176
6 1 2 大氣阻力拖拽 177
6 1 3 其他方法 177
6 2 衛星星座站位保持分析 178
6 2 1 衛星星座站位保持內容 178
6 2 2 衛星星座站位保持參考基準 178
6 2 3 參考基準星相位演化分析 179
6 3 衛星星座站位保持方法 179
6 3 1 相位保持環方法 180
6 3 2 相位保持極限環控制參數計算 180
6 4 衛星星座站位保持策略分析與模擬 181
6 4 1 衛星星座站位保持策略 181
6 4 2 絕對相位保持策略 183
6 4 3 絕對相位保持策略模擬分析 184
6 4 4 相對相位保持策略 186
6 4 5 相對相位保持策略模擬分析 187
6 5 基於連續小推力的軌道控制方案優化分析 189
6 5 1 電推進模型 189
6 5 2 最優控制的數學問題 190
6 5 3 軌道參數聯合控制策略分析 191
6 5 4 軌道參數聯合控制策略模擬分析 194
參考文獻 196
第7章 低軌大規模衛星星座重構控制方法 198
7 1 衛星星座在軌重構研究現狀 198
7 1 1 在軌重構指標 198
7 1 2 在軌重構優化演算法 199
7 2 衛星星座在軌重構理論分析 200
7 2 1 重構指標 200
7 2 2 重構機動方式 201
7 3 基於分解的多目標進化演算法的衛星星座重構方法 202
7 3 1 編碼方式 202
7 3 2 基於分解的多目標進化演算法 203
7 4 重構控制模擬分析 205
7 4 1 參數設置 205
7 4 2 重構分析 206
參考文獻 209
第8章 低軌大規模衛星星座內部安全性分析方法 211
8 1 基於 TLE和SGP4預報模型的短期預報誤差分析 211
8 1 1 坐標系定義及轉換 212
8 1 2 TLE和SGP4模型介紹 213
8 1 3 基於 TLE實測數據的SGP4預報模型短期誤差傳播曲線 215
8 1 4 TLE誤差傳播曲線合理性檢驗 224
8 2 衛星星座內部安全性分析 226
8 2 1 低軌大規模衛星星座最小相位差計算方法 226
8 2 2 衛星星座構型參數與升交點赤經漂移量對軌道面最小相位差的影響 228
8 3 低軌大規模衛星星座衛星最大漂移量分析 233
8 4 基於最小相位差的衛星星座構型參數協同設計及最大漂移量模擬 235
參考文獻 239
第9章 低軌大規模衛星星座外部安全性分析方法 241
9 1 低軌大規模衛星星座與空間碎片短期安全性分析 241
9 1 1 空間目標接近分析 241
9 1 2 空間目標交會碰撞概率計算方法 247
9 2 低軌大規模衛星星座與空間碎片長期安全性分析 251
9 2 1 模型假設 251
9 2 2 空間物體密度計算方法 252
9 2 3 殼層內空間碎片演化模型 254
9 3 碰撞模擬分析 259
9 3 1 低軌大規模衛星星座短期碰撞模擬分析 259
9 3 2 低軌大規模衛星星座長期碰撞模擬分析 261
參考文獻 265
第10章 低軌大規模衛星星座離軌控制方法 267
10 1 衛星離軌控制方法 267
10 1 1 電動力纜繩離軌 268
10 1 2 大氣阻力離軌 269
10 1 3 電推力器離軌 269
10 2 電推進最優控制律推導 271
10 2 1 攝動方程 271
10 2 2 推力方向和燃料消耗率 273
10 3 基於電推力的離軌控制方法分析 273
10 3 1 最優控制率 273
10 3 2 基於增廣拉格朗日粒子群演算法的離軌策略 274
10 4 離軌策略模擬分析 278
10 4 1 模擬條件和參數 278
10 4 2 模擬結果及分析 279
參考文獻 283
第11章 低軌大規模衛星星座評估方法 287
11 1 衛星星座性能評估研究 287
11 1 1 衛星星座任務性能評估研究 288
11 1 2 衛星星座構型性能評估研究 289
11 2 建立指標體系 291
11 3 衛星星座構型性能評估 292
11 3 1 衛星星座覆蓋性能分析 292
11 3 2 模擬驗證 296
11 4 衛星星座任務性能評估 302
11 4 1 通信指標分析 302
11 4 2 OPNET 模擬建模 304
11 4 3 模擬模型建立與分析 305
11 5 衛星星座構型維持和維持成本分析 310
11 5 1 理論分析 310
11 5 2 構型維持評估模型 311
11 5 3 模擬分析 314
參考文獻 321
第12章 星鏈衛星星座構型及性能分析 324
12 1 星鏈衛星