固体火箭自主制导理论

本书是一部系统论述固体火箭自主制导技术的专著。为适应当前固体火箭自主飞行的技术需求，本书对多级固体火箭上升段助推一滑行一助推飞行模式的自主制导理论进行了全面、深入论述。本书提出的自主制导理论方法对摄动制导、闭路制导等经典算法进行了系统的改进。本书注重理论与工程应用相结合，是作者近期的近期新研究成果系统总结。本书主要面向从事固体火箭制导技术研究的专业科研人员，也可作为相关专业高等院校师生的参考书。

第1章 绪论
1.1 固体运载火箭自主制导技术需求概述
1.2 固体运载火箭发展现状及特点概述
1.3 适用助推-滑行-助推的轨迹优化研究现状
1.3.1 基于间接法的轨迹优化
1.3.2 基于直接法的轨迹优化
1.3.3 模型预测静态规划方法
1.4 适用耗尽关机方式的制导方法研究现状
1.4.1 兰伯特问题的求解方法
1.4.2 闭路制导及其改进方法
1.4.3 耗尽关机能量管理方法
1.5 现有制导方法存在的主要问题
参考文献
第2章 飞行力学基础知识
2.1 地球形状及飞行环境
2.1.1 地球形状
2.1.2 标准大气
2.1.3 风场模型
2.1.4 引力和重力
2.2 基于方向余弦矩阵的坐标系变换方法
2.2.1 方向余弦矩阵法
2.2.2 欧拉角的定义及其求解
2.3 基于四元数的坐标系变换方法
2.3.1 四元数的定义及运算规则
2.3.2 用四元数描述矢量绕定轴旋转
2.3.3 用四元数描述坐标系旋转
2.3.4 用四元数表示坐标系连续旋转
2.3.5 四元数满足的微分方程
2.3.6 由四元数确定方向余弦矩阵
2.3.7 方向余弦矩阵所对应的四元数
2.4 动力学基本原理
2.4.1 关于定轴旋转的单位矢量求导
2.4.2 矢量的相对导数与绝对导数
2.4.3 动量定理和动量矩定理
2.4.4 变质量力学基本原理
2.4.5 变质量质点系动力学方程
2.5 本章小结
参考文献
第3章 动力学模型及制导技术特性分析
3.1 运载火箭动力学方程
3.1.1 常用坐标系的定义
3.1.2 坐标系间转换关系
3.1.3 发射系内动力学方程
3.1.4 空间轨道根数的计算
3.2 典型飞行任务设计与分析
3.2.1 远程火箭的弹道设计
3.2.2 固体运载火箭的卫星轨道特点
3.2.3 固体运载火箭典型任务剖面
3.3 固体运载火箭动力学特性
3.3.1 助推-滑行-助推模式的制导特点
3.3.2 发动机耗尽关机大散差特性
3.3.3 自由飞行轨迹的解析方程
3.4 引起运载火箭终端偏差的几个因素
3.4.1 制导方法及工具误差
3.4.2 非制导误差项
3.5 本章小结
参考文献
第4章 摄动制导方法及其改进
4.1 摄动制导的基本原理
4.1.1 线性摄动理论
4.1.2 关机控制函数的推导
4.1.3 法向导引和横向导引
4.1.4 理论舵偏角的计算
4.2 摄动制导方法的验证和分析
4.2.1 主动段弹道摄动方程
4.2.2 关机方程的影响与分析
4.2.3 导引修正的影响与分析
4.2.4 摄动制导的三自由度验证
4.2.5 摄动制导的六自由度评估
4.3 广义摄动制导原理
4.3.1 模型预测静态规划的基本理论
4.3.2 非线性离散模型很优控制方程
4.3.3 非线性动力学模型的近似处理
4.4 基于MPSP的广义摄动制导方法
4.4.1 主动段动力学方程的离散
4.4.2 输出方程及敏感度矩阵的推导
4.4.3 计算流程及仿真验证
4.5 本章小结
参考文献
第5章 远程火箭闭路制导及其改进
5.1 射程约束椭圆轨道问题的描述
5.2 适用落点约束的闭路制导方法
5.2.1 椭圆轨道的几何关系
5.2.2 需要速度矢量的常用计算方法
5.2.3 待增速度及其所满足的微分方程
5.2.4 不同加速度条件下制导指令的求解
5.2.5 仿真验证和分析
5.3 瞬时轨道落点及其导数的解析形式
5.3.1 瞬时轨道落点的解析函数
5.3.2 落点时间及射程角的解析导数
5.3.3 瞬时轨道落点经纬度的时间导数
5.3.4 数值解与解析解的仿真校验
5.4 瞬时轨道落点的闭环制导方法
5.4.1 瞬时轨道落点控制的问题描述
5.4.2 落点控制很优反馈制导方法
5.4.3 瞬时轨道落点的闭环制导实施逻辑
5.4.4 仿真验证和分析
5.5 本章小结
参考文献
第6章 运载火箭的迭代制导方法研究
6.1 很优控制的变分法
6.1.1 变分法的基本原理
6.1.2 自由端点的很优化问题
6.1.3 端点约束的很优化问题
6.1.4 哈密顿函数的特征
6.2 极大值原理的一般形式
6.3 火箭入轨的很优控制问题
6.3.1 火箭很优控制问题的描述
6.3.2 两点边值问题的很优解
6.4 迭代制导方法的计算流程
6.4.1 入轨点状态量的求解
6.4.2 剩余飞行时间的计算
6.4.3 协态变量的降维求解
6.4.4 很优制导指令的迭代求解
6.4.5 多级飞行迭代制导问题
6.5 迭代制导的仿真验证和分析
6.5.1 迭代制导方法在液体上面级的仿真
6.5.2 助推-滑行-助推飞行模式上的验证
6.6 本章小结
参考文献
第7章 固体运载火箭定点制导方法研究
7.1 经典制导方法的局限性分析
7.1.1 制导方法的基本模型回顾
7.1.2 闭路制导对终端多约束的局限性
7.1.3 迭代制导对助推滑行模式的局限性
7.1.4 固体运载火箭自主制导技术解决思路
……