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| 編輯推薦： |
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一起学习地外天体着陆自主导航与制导系统设计新思想与好方法！
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| 內容簡介： |
探测地外天体对人类的持续生存和不断向地球以外的空间扩展有着重要的现实意义。人类已经渡过了深空探测的初级阶段，正在向中级阶段迈进。对地外天体的探测方式也从飞越、交会、绕飞发展到着陆、巡视与采样返回。在地外天体着陆是实现对地外天体近距离观测、研究以及资源开发利用的关键，同时也是获取具有更大科学价值信息的重要途径。
本书围绕地外天体着陆的特殊环境与约束问题，从天体模型、引力场表征、星表特征提取、着陆位姿确定、着陆轨迹规划等多个方面，系统地介绍着陆自主光学导航与制导的基础理论与技术方法，包括基于图像信息的天体建模方法、天体引力场快速预测方法、着陆星表特征提取与处理方法、着陆自主位姿确定方法、安全着陆轨迹规划与制导方法，并通过以实际着陆探测任务为背景，结合着陆过程的不同阶段与不同外界条件，给出了综合导航制导与控制系统典型设计案例。书中既包括地外天体着陆自主导航与制导的基础理论，又含有新颖的自主光学导航与制导系统设计思想与实用方法。本书可供从事深空探测相关工作的研究人员和科技工作者阅读，也可作为高等院校相关专业的教学参考书。
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| 關於作者： |
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高艾，副教授，博士生导师，入选中国科协青年人才托举工程。长期从事深空探测器自主导航、轨迹规划与制导控制等方面研究工作。先后获得国家自然科学基金项目、国家863课题、973子课题、国家重点研发项目等资助。获国家科技进步二等奖1项、国防科技进步一等奖1项、国防科技进步二等奖2项。
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| 目錄：
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目 录
第１章 绪论１
１?１ 地外天体着陆任务２
１?１?１ 月球着陆任务２
１?１?２ 小天体着陆任务５
１?１?３ 行星着陆任务８
１?１?４ 地外天体着陆任务特点１０
１?２ 面临问题与研究现状１３
１?２?１ 天体表面模型与引力场建模１３
１?２?２ 星表特征提取与障碍检测１９
１?２?３ 导航状态确定与估计滤波２５
１?２?４ 着陆轨迹规划与制导控制２８
１?３ 本书主要内容３３
参考文献３６
第２章 基于图像信息的天体模型４０
２?１ 天体图像特征点提取匹配算法４０
２?１?１ 图像特征点提取算法４０
２?１?２ 图像特征点匹配筛选算法４４
２?２ 基于特征点的天体点云模型构建４７
２?２?１ 相机模型的建立４７ ?
２?２?２ 天体模型点云构建４９
２?３ 天体点云模型的网格化方法５２
参考文献５８
第３章 天体引力场快速预测方法６１
３?１ 传统引力场建模方法６２
３?２ 基于插值的引力场建模方法７０
３?３ 基于机器学习的引力场建模方法７２
３?３?１ 预测模型数据选取７２
３?３?２ 预测模型建立７３
３?３?３ 预测模型训练７５
３?３?４ 预测精度分析７６
参考文献９１
第４章 着陆星表特征提取与处理方法９４
４?１ 星表特征提取方法的基本原理９４
４?２ 基于支持向量机的特征预检测方法９５
４?２?１ 陨石坑模拟模型９６
４?２?２ 陨石坑图像模拟９７
４?２?３ 基于HOG特征的支持向量机分类方法１０２
４?２?４ 支持向量机分类学习方法１０３
４?３ 基于聚类分析的特征点筛选方法１０４
４?３?１ 基于局部密度的点簇聚类方法１０４
４?３?２ 陨石坑筛选与标记１０６
４?４ 基于深度学习的陨石坑检测方法１０７
４?４?１ 陨石坑数据集１０７
４?４?２ Unet网络模型１０７
４?４?３ 损失函数设置１０９
４?４?４ 训练设置１０９
４?４?５ 评价指标１１０
４?４?６ 实验结果分析１１０
参考文献１１２
第５章 着陆自主位姿确定方法１１６
５?１ 基于视线测量的自主光学导航方法１１６
５?１?１ 相关坐标系定义１１６
５?１?２ 视线测量导航１１８
５?２ 导航方案可观测性分析１２０
５?２?１ 可观测性的分析方法１２０
５?２?２ 系统可观测性分析１２１
５?３ 导航滤波算法设计１２４
５?３?１ 状态方程与观测方程１２４
５?３?２ 扩展卡尔曼滤波器设计１２６
参考文献１２７
第６章 行星进入轨迹优化与评估方法１３０
６?１ 进入段可达集优化求解方法１３０
６?１?１ 可达集的相关定义１３１
６?１?２ 可达集的计算方法１３２
６?２ 基于最大终端高度的进入轨迹优化求解１３５
６?２?１ 行星进入最优轨迹生成１３６
６?２?２ 进入段最大终端高度快速评估方法１３６
６?３ 进入轨迹特性分析与飞行能力评估１３８
６?３?１ 进入轨迹特性分析１３８
６?３?２ 飞行能力与风险评估１５０
参考文献１５５
第７章 安全着陆轨迹规划与制导方法１５７
７?１ 着陆地形危险障碍检测方法１５７
７?１?１ 岩石与陨石坑障碍检测方法１５７
７?１?２ 陡坡地形与断层障碍检测方法１５８
７?２ 基于特征分布统计信息的行星地形安全评估准则１５９
７?２?１ 特征密度的统计信息计算１６０
７?２?２ 基于特征密度因子的地形安全评估准则１６１
７?３ 基于李雅普诺夫函数的着陆轨迹设计１６３
７?３?１ 势函数轨迹设计方法１６３
７?３?２ 着陆地形危险性函数１６５
参考文献１６８
第８章 着陆导航制导综合仿真实验１７１
８?１ 仿真实验设计１７１
８?２ 实验环境的搭建１７３
８?３ 综合仿真实验分析１７５
８?３?１ 路标模型精度对导航精度的影响１８０
８?３?２ 状态初值偏差对导航精度的影响１８２
８?３?３ 不同地形环境下势函数制导可靠性分析１８４
参考文献１８７
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| 內容試閱：
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前 言
遨游宇宙、探索深空是人类一直以来美好的愿景.１９５７年世界
第一颗人造地球卫星的成功发射，为人类揭开了开拓外层空间的新
篇章，随后深空探测也日益成为人类重要的航天活动领域.人类通
过对地球以外其他星体的探测，了解行星的起源和演化规律，探索
和揭示生命的由来及其在宇宙中的发展，进一步认识地球环境的形
成和演变，并为开发空间资源、保护地球免受其他小天体碰撞开辟
道路.探测地外天体对人类的持续生存和不断向地球以外的空间扩
展有着重要的现实意义.
人类已经渡过了深空探测的初级阶段， 正在向中级阶段迈进.
对地外天体的探测方式也从飞越、交会、绕飞发展到着陆、巡视与
采样返回.在地外天体着陆是实现对地外天体近距离观测、研究以
及资源开发利用的关键，同时也是获取具有更大科学价值信息的重
要途径.近年来，地外天体着陆探测无论在深度还是广度上都取得
了巨大的成就，而推动着陆探测发展的原动力则是科学技术的进步.
科学技术是人类破解科学难题的手段和工具，而距离地球遥远是实
施地外天体着陆探测任务所面临的首要科技难题.早期的地外天体
着陆任务，探测器更多地会依赖惯性元件对探测器实现绝对位姿的导航功能，但是由于惯性导航对初始位置的要求以及惯性元件自身
的测量误差，会导致着陆时刻着陆器获得的绝对位置和速度存在较
大的偏差.同时，地外天体表面的情况复杂，先验信息匮乏，如何
及时应对着陆环境的不确知因素也是迫切需要考虑的问题.正是这
些问题的出现，促进了自主导航与制导技术的快速发展.
本书围绕地外天体着陆的特殊环境与约束问题， 从天体模型、
引力场表征、星表特征提取、着陆位姿确定、着陆轨迹规划等多个
方面，系统地介绍着陆自主光学导航与制导的基础理论与技术方法，
包括基于图像信息的天体建模方法、天体引力场快速预测方法、着
陆星表特征提取与处理方法、着陆自主位姿确定方法、安全着陆轨
迹规划与制导方法，并通过以实际着陆探测任务为背景，结合着陆
过程的不同阶段与不同外界条件，给出了综合导航制导与控制系统
典型设计案例.书中既包括地外天体着陆自主导航与制导的基础理
论，又含有新颖的自主光学导航与制导系统设计思想与实用方法.
本书可供从事深空探测相关工作的研究人员和科技工作者阅读，也
可作为高等院校相关专业的教学参考书.
感谢国家自然科学基金(１１８７２１１０)和北京理工大学“十四五”
规划教材出版基金对本书的资助.
本书包含了作者研究团队的相关研究成果，多位已毕业研究生
的研究工作为本书的撰写提供了支撑，在此一并致谢.由于作者水
平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，恳请广大读者不吝指正.
作 者
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