1.4 本书内容概要

本书重点论述了多源信息融合自主导航涉及的估计理论及其在深空探测转移、接近环绕和着陆任务中的应用。图1-14给出本书的组织结构和技术路线图。全书共13章，分为理论篇（第2～4章）、应用篇（第5～12章）以及绪论（第1章）和发展展望（第13章）四部分。此外，本书还在附录部分给出了所涉及的基础知识、缩略语及数学术语。

图1-14 本书组织结构和技术路线图

第1章为绪论，介绍航天器多源信息融合自主导航的基本概念，对深空探测航天器自主导航及多源信息融合理论进行了梳理和归纳，对多源信息融合自主导航技术研究应用与进展、必要性和优势进行介绍，并对全书的主要内容进行概括。

第2章为估计理论。估计理论是理解自主导航算法的基础。在这一章，首先给出估计算法的定义和评价标准，介绍几种常用的最优估计方法，并给出这些估计算法在特殊情况下的解析公式；然后在此基础上对动态系统的估计算法进行扩展和论述。

第3章为融合算法。首先对几种常用的估计融合结构进行探讨，接下来讨论线性融合模型和算法，介绍线性统一模型、统一模型下的融合算法以及分布式融合中的协方差交叉方法；然后介绍动态系统的融合导航滤波算法，这些融合算法构成多源信息融合自主导航系统的核心算法。

第4章为性能分析。首先给出线性系统和非线性系统的可观性分析方法，然后针对自主导航系统，给出对应的可观度分析方法；接下来介绍蒙特卡洛方法和线性协方差分析技术，以用于对导航系统性能进行定量的评估。

第5章为时空系统。时空系统是描述导航状态的前提，没有时空概念的导航描述毫无意义。这一章首先给出时间定义，接下来给出参考坐标系定义以及坐标系变换，最后给出导航天体的星历计算方法。

第6章为动力学模型与环境模型，包括航天器轨道动力学模型、航天器姿态运动学模型、天体表面模型和引力场模型。

第7章为惯性自主导航技术。首先给出陀螺和加速度计的测量方程，然后介绍捷联惯性导航系统的微分方程、外推方程、多子样补偿算法和误差模型，接着介绍惯性器件标定及误差补偿方法，最后举例说明惯性自主导航技术在航天器上的应用。

第8章为光学自主导航技术。首先介绍光学自主导航原理、光学成像敏感器以及不同类型的光学导航路标选取标准；然后对光学自主导航的测量方程进行分类和归纳，分析光学自主导航的几何可观性，研究基于几何可观性分析的最优路标规划；然后给出光学自主导航的批处理和卡尔曼滤波算法实施流程；最后以深空转移、接近和环绕段为背景介绍光学自主导航的仿真结果。

第9章为脉冲星自主导航技术。首先对脉冲星自主导航原理、方案和流程等基本概念进行介绍，总结归纳脉冲星自主导航的关键技术以及误差源；接下来分别给出备选导航脉冲星的选取标准和选取结果；然后介绍不同轨道段的脉冲星自主导航测量方程，研究了几何定轨算法、动力学定轨算法和最优导航脉冲星规划算法；最后以深空转移、接近和环绕段为背景对相关技术进行了仿真验证。

第10章为光学与脉冲星融合自主导航技术。首先对光学自主导航和脉冲星自主导航进行了简单回顾；然后分析了几何和动态可观性，给出导航路标规划算法；接下来研究光学与脉冲星自主导航的系统误差修正和融合自主导航算法；最后分别以深空转移段、接近段和环绕段为背景，对光学与脉冲星融合自主导航技术进行了仿真验证。

第11章为惯性与测距测速/光学融合自主导航技术。这一章研究惯性与测距测速/光学融合自主导航技术在月球软着陆任务中的应用。首先介绍软着陆飞行过程、软着陆自主导航系统的组成及工作流程，给出了测距、测速和光学敏感器的测量方程；然后分别对IMU+测速测距修正、IMU+光学修正的自主导航系统进行可观性分析，并基于卡尔曼滤波框架，研究给出惯性融合自主导航方法；最后介绍月球软着陆的惯性融合自主导航仿真结果及“嫦娥三号”着陆器的飞行结果。

第12章为航天器多源信息融合自主导航仿真试验技术。首先给出以深空转移、接近和环绕段为背景的光学与脉冲星融合自主导航仿真试验技术；然后以月球软着陆悬停、避障和缓速下降段为背景，给出惯性与测距测速融合自主导航的仿真试验技术。

第13章是航天器多源信息融合的导航技术的发展展望，从航天器多源信息融合自主导航方案、信息融合技术和融合自主导航敏感器三个方面，介绍未来的研究方向和发展策略。