自主运行技术是实现航天器在复杂空间环境下独立、可靠运行的关键，而自主导航和自主诊断重构是其中的两大核心难题。本书提出了一类二阶动态系统诊断、重构和观测能力定量表征理论方法，创新发展了可诊断性、可重构性和可观测性理论，创新突破了自主诊断重构和自主导航技术，实现了理论发展、方法创新、技术突破和工程应用的完整闭环。

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王大轶研究员主要成果获国家技术发明二等奖，2015年获国家杰出青年科学基金资助。

目录
序一
序二
前言
第1章绪论1
1.1引言1
1.2自主诊断方法2
1.2.1自主诊断方法研究现状及存在问题3
1.2.2可诊断性内涵及影响因素5
1.3自主重构方法11
1.3.1自主重构方法研究现状及存在问题11
1.3.2可重构性内涵及影响因素16
1.4自主导航方法21
1.4.1自主导航方法研究现状及存在问题21
1.4.2可观测性内涵及影响因素31
1.5本章小结33
参考文献33
第2章预备知识43
2.1常用坐标系43
2.1.1参考坐标系的定义43
2.1.2坐标系之间的变换45
2.2航天器轨道动力学模型47
2.2.1轨道摄动模型47
2.2.2轨道动力学方程的表达形式51
2.2.3轨道动力学方程53
2.3航天器姿态运动学模型54
2.3.1姿态的描述54
2.3.2姿态运动学方程62
2.4航天器故障模式分析65
2.4.1典型故障模式65
2.4.2故障模式分类与建模68
2.5系统可观测性70
2.5.1线性系统可观测性71
2.5.2非线性系统可观测性75
2.6本章小结80
第3章诊断能力定量表征和可诊断性理论81
3.1可诊断性理论研究现状81
3.1.1基于模型的诊断能力评价方法81
3.1.2基于数据的诊断能力评价方法83
3.1.3诊断能力评价在航天器中的应用84
3.2未知输入影响下系统诊断能力量化方法87
3.2.1问题描述87
3.2.2模型重构89
3.2.3考虑未知输入的诊断能力评价方法91
3.2.4仿真算例97
3.3测量受限条件下系统诊断能力量化方法100
3.3.1问题描述101
3.3.2考虑测量信息丢失的诊断能力评价方法102
3.3.3仿真算例108
3.4参数缓变条件下系统诊断能力量化方法115
3.4.1问题描述115
3.4.2基于数据驱动的诊断能力评价方法117
3.4.3仿真算例124
3.5本章小结129
参考文献129
第4章重构能力定量表征和可重构性理论136
4.1可重构性理论研究现状136
4.1.1基于定量模型的可重构性量化方法136
4.1.2基于定性模型的可重构性判别方法137
4.1.3存在的问题138
4.2能量及时间受限条件下系统重构能力量化方法139
4.2.1问题描述140
4.2.2可重构性评价141
4.2.3仿真算例152
4.3干扰影响下系统重构能力量化方法158
4.3.1问题描述158
4.3.2可重构性评价160
4.3.3仿真算例167
4.4输入饱和条件下系统重构能力量化方法171
4.4.1问题描述172
4.4.2可重构性评价173
4.4.3仿真算例179
4.5本章小结183
参考文献184
第5章观测能力定量表征和可观测性理论188
5.1可观测性理论研究现状188
5.1.1观测能力表征方法的研究现状189
5.1.2观测能力定性判定方法的研究现状191
5.1.3观测能力定量表达方法的研究现状192
5.1.4一类欠观测系统的可观测性研究现状193
5.2欠观测系统的观测能力等价降维表征方法196
5.2.1问题描述196
5.2.2欠观测系统Lie运算的共有属性198
5.2.3欠观测系统可观测性矩阵共有子空间的构建201
5.3欠观测系统的观测能力严格判定及解析量化方法203
5.3.1观测能力严格判定方法203
5.3.2观测能力解析量化方法208
5.3.3仿真算例212
5.4本章小结215
参考文献215
第6章基于可诊断性与可重构性理论的航天器自主诊断重构方法221
6.1基于可诊断性理论的自主诊断研究现状221
6.1.1系统结构设计221
6.1.2诊断方法设计222
6.1.3可诊断性设计在航天器中的应用223
6.2基于可重构性理论的自主重构研究现状225
6.2.1系统结构设计225
6.2.2重构方案设计226
6.2.3可重构性设计在航天器中的应用227
6.3航天器正常模式与故障模式一体化设计方法228
6.3.1问题描述229
6.3.2重构方案设计233
6.3.3系统结构设计249
6.3.4仿真算例251
6.4航天器故障诊断与系统重构一体化设计方法255
6.4.1问题描述256
6.4.2性能下降描述257
6.4.3重构时刻优化259
6.4.4仿真算例265
6.5本章小结270
参考文献270
第7章基于可观测性理论的航天器自主导航方法276
7.1基于可观测性理论的轨道流形优化方法276
7.1.1相对轨道动力学及轨道参数276
7.1.2观测能力及相对轨道要素关联表达式277
7.1.3异轨道面的最优轨道流形分析281
7.1.4共轨道面的最优轨道流形分析283
7.1.5仿真算例285
7.2基于可观测度的陆标构型规划方法287
7.2.1陆标个数对可观测度影响分析287
7.2.2观测1个未知陆标的空间构型规划291
7.2.3观测2个未知陆标的空间构型规划296
7.3基于最优轨道机动的相对位置状态高精度估计模型301
7.3.1系统状态可区分性机理分析301
7.3.2系统状态估计精度分析308
7.3.3最优轨道机动量求解312
7.3.4优化问题及求解315
7.3.5仿真算例320
7.4本章小结324
参考文献324
第8章总结和展望326
8.1研究总结326
8.1.1系统能力定量表征理论326
8.1.2自主运行技术方法327
8.2未来展望327
8.2.1自主诊断重构领域327
8.2.2自主导航领域328