Methods of Orbit Determination for the Microcomputer pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Boulet, Dan L.

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isbn号码:9780943396347

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• 轨道确定
• 微型计算机
• 航天动力学
• 天体力学
• 卫星轨道
• 算法
• 数值计算
• 工程应用
• 控制
• 空间技术

好的，这是一份关于一本名为《Methods of Orbit Determination for the Microcomputer》的书籍的详细图书简介，内容完全专注于该书可能涵盖的主题，避免提及任何不相关的内容，并且力求语言自然、专业。 --- 图书简介：《Methods of Orbit Determination for the Microcomputer》 本书深入探讨了在资源受限的计算环境中，特别是微型计算机平台上，如何实现高精度轨道确定（Orbit Determination）的理论基础、算法实现和实际应用。在航天动力学和任务控制领域，轨道确定是确保航天器安全、高效运行的关键环节。随着微处理器性能的飞速提升，在地面站、甚至在航天器本体上进行实时、可靠的轨道解算已成为可能。本书正是针对这一需求，提供了一套全面且实用的指南。 第一部分：基础理论与计算环境的约束 本书的开篇部分着重于建立轨道确定的数学框架，并审视微型计算机平台在处理这些计算时所面临的独特挑战。 1. 轨道动力学基础回顾： 首先，对描述航天器运动的基本动力学模型进行了详尽阐述。这包括了牛顿万有引力定律、开普勒轨道理论，以及对地球非球形引力场（如J2、J3等高阶项）、大气阻力、太阳光压等摄动力模型的精确描述。重点在于如何将这些复杂的微分方程组转化为适用于数值积分的格式。 2. 状态向量的定义与误差分析： 详细讨论了状态向量（如位置和速度）的选取、参考坐标系（如地心惯性坐标系ICRF、地心坐标系ECEF）的转换与管理。书中对测量误差（噪声特性）、模型误差（摄动模型不完全）以及截断误差（数值方法引入）进行了系统性的量化分析，为后续的估计过程奠定基础。 3. 微机平台的特性与限制： 鉴于本书的特定目标受众，本章深入分析了早期及现代微型计算机的计算能力、内存限制和浮点运算精度。讨论了如何优化算法结构以适应有限的CPU周期和缓存大小，特别是定点运算与浮点运算的选择及其对解算稳定性的影响。 第二部分：观测数据预处理与信息提取 轨道确定依赖于对航天器观测数据的准确处理。本部分聚焦于如何从原始传感器数据中提取出可用于状态估计的有效信息。 1. 观测模型构建： 详细介绍了不同类型观测值（如距离、距离率、方位角/高度角、星光矢量、GPS/GNSS测量值等）的数学模型。重点讲解了如何将理想化的观测模型与实际传感器噪声和系统偏差相结合，构建残差方程。 2. 观测数据的滤波与平滑： 探讨了预处理技术，包括对原始时间序列数据的去噪、漂移补偿以及基于卡尔曼滤波基础的观测数据平滑算法。特别关注了如何处理数据中的瞬时异常值（Outliers）和数据丢失情况，以维持数据流的连续性。 3. 轨道预报（Prediction）环节： 在迭代解算过程中，精确的预报是至关重要的。本节侧重于高效、稳定的数值积分方法，如Runge-Kutta族方法或更高阶的线性多步法，并讨论了如何根据微机性能调整步长控制策略，以在精度和计算效率之间找到平衡点。 第三部分：核心轨道确定算法的实现 本书的核心在于介绍和对比适用于微处理器的轨道确定算法，强调迭代收敛性和计算效率。 1. 最小二乘法（Least Squares）： 详细介绍了经典最小二乘法在轨道确定中的应用，包括正规方程的构建和求解。针对大型线性系统在微机内存中的存储问题，重点讲解了迭代最小二乘法（如Gauss-Newton法）以及如何通过“系综平均”或“信息矩阵分割”等技术来管理计算规模。 2. 扩展卡尔曼滤波（EKF）与无迹卡尔曼滤波（UKF）： EKF是处理非线性动力学系统的标准工具。本书提供了EKF在轨道确定中状态转移和观测更新的完整步骤，包括协方差矩阵的演化。针对EKF在强非线性问题中的表现，本书也引入了UKF，并比较了两者在微机实现上的计算复杂度差异和收敛性能。 3. 批处理与迭代方法对比： 深入探讨了批处理估计（Batch Estimation）与增量式估计（Sequential Estimation）的优缺点。对于微型计算机，如何有效管理批次大小以适应内存限制，以及如何选择合适的迭代策略（如步长控制和收敛判据）来实现快速、鲁棒的解算，是本章的重点。 第四部分：实际应用与系统集成 最后一部分将理论与实际操作相结合，指导读者如何在实际工程环境中部署这些算法。 1. 软件架构设计： 讨论了为资源受限系统设计轨道确定软件模块的原则。这包括输入/输出接口定义、数据结构优化、模块间的依赖性管理以及如何利用编译器的优化选项来提升执行速度。 2. 结果验证与不确定性评估： 强调了验证和确认（V&V）的重要性。介绍了后处理分析技术，如残差分析、协方差矩阵的解读，以及如何使用蒙特卡洛模拟在不占用过多计算资源的情况下评估轨道解算结果的实际不确定性。 3. 案例研究： 通过几个典型的航天任务场景（例如，近地卫星的再入跟踪、小行星的飞越轨道估计），展示了如何选择和调整算法参数，以在特定的任务约束下达到最佳的轨道确定性能。 本书旨在为航天工程师、任务分析师以及计算机科学背景的专业人士提供一个坚实的工具箱，使他们能够自信地在微型计算平台上开发和部署先进的轨道确定解决方案。 ---

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总的来说，这本书像是一部经典的工具箱，里面的工具可能外观朴实，但每一个都经过了时间考验，功能强大且可靠。我特别欣赏作者在处理非线性问题时所展现出的那种务实的态度——不盲目追求解析解的完美，而是专注于如何找到一个工程上可接受的“足够好”的解。在探讨如何通过多次迭代逼近真实轨道的部分，作者对收敛判据的选择和处理非常审慎，避免了许多新手容易陷入的无限循环或发散的陷阱。它不是那种能让你一口气读完的“爽文”，而更像是需要你时常停下来，在草稿纸上重新演算一遍的参考书。对于希望从事卫星导航、深空探测任务规划，或者仅仅是想要深入理解航天器运动动力学的严肃读者而言，这本书提供了一个坚不可摧的数学和算法基础。它培养的不是操作技能，而是洞察力，让你在面对复杂、未知轨道问题时，能够从第一性原理出发，构建出属于自己的解决方案。

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这本书的行文风格带着一种严谨的学术气息，但其核心目标却是指向工程实践的。作者在撰写过程中，似乎一直有一个清晰的画面：一个在有限计算资源下工作的工程师。这一点在对数据输入和输出格式的讨论中尤为明显。他没有绕过实际操作中的细节问题，比如如何有效地存储星历数据，如何处理不同观测设备带来的系统误差。在描述如何从原始的望远镜观测数据（如赤经/赤纬）转换到地心坐标系下的距离和速度信息时，作者展现了极高的耐心，每一步的坐标转换矩阵都被清晰地列出并解释了其物理意义。然而，我也注意到，由于出版年代的关系，书中对于现代传感器（如激光雷达或高精度GNSS接收机）的直接数据融合技术涉及较少，内容更多地聚焦于传统的角度和距离观测。对于想要紧跟当前主流技术潮流的读者来说，这部分可能需要结合最新的文献进行补充阅读，但作为理解“确定论”本身的基石，这本书的价值无可替代。

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这本书的封面设计初看之下有些年代感，那种蓝底白字的排版，让我想起了大学时图书馆里那些厚重的专业书籍。当我翻开扉页，首先注意到的是作者对于理论推导的严谨态度，每一个公式的出现都像是经过了深思熟虑，绝非随意堆砌。书中对经典轨道力学基础的阐述非常扎实，从开普勒定律到牛顿万有引力定律，再到对微扰效应的初步引入，作者都给出了详实的数学证明和物理背景解释。特别是关于如何将这些复杂的解析解转化为计算机可以处理的数值模型的部分，作者的处理方式相当巧妙。他没有直接跳到复杂的迭代算法，而是先用最基础的欧拉法或龙格-库塔法来演示误差的来源和累积过程，这对于初学者来说是一个非常友好的引导。书中的图例虽然不多，但都恰到好处地说明了抽象概念，比如不同初始条件下的轨道形态变化，或者误差随时间步长增加的趋势图。整体而言，这本书给人的感觉是像一位经验丰富的老教授在耐心讲解，每一个细节都不放过，尤其适合那些希望真正理解轨道确定“为什么”而不是仅仅知道“怎么做”的读者。它更像是一部教科书，而非一本快速参考手册，阅读过程需要投入相当的时间和精力去消化每一个推导步骤。

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翻阅这本书，我最大的感受是它对“微电脑”这一背景的坚持。在今天这个GPU和并行计算主导的时代，回溯到早期微处理器的计算限制下如何进行轨道确定的思路，提供了一种独特的思维训练。作者在选择算法时，明显考虑到了有限的寄存器和较慢的浮点运算速度。这使得他倾向于使用更高效、更“轻量级”的数学近似，而不是那些在大型机上才方便运行的高阶算法。这种朴实的计算哲学，在快速迭代的航天领域中，偶尔会显得尤为珍贵。它提醒我们，算法的优劣不仅在于精度，更在于其在特定计算平台上的可行性和鲁棒性。书中对观测数据预处理和误差估计的章节处理得非常细致，尤其是对卡尔曼滤波（虽然可能不是最现代的版本）的引入，展示了如何在资源受限的环境下，通过迭代不断修正轨道状态向量的方法。虽然现代的轨道确定往往依赖于复杂的批处理平差方法，但这本书所展示的“单点解算”思维，对于理解实时轨道维持和快速重捕获场景仍有极高的参考价值。

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这本书的实用性，坦白说，可能需要读者具备一定的编程基础。它并不是一本教你如何使用某个特定商业软件的指南，而是更侧重于算法本身的实现。我特别欣赏作者在描述数值积分方法时所采用的视角——他不仅仅是罗列公式，而是深入探讨了每种方法的稳定性和精度权衡。例如，在对比不同步进策略时，他详细分析了哈密顿量的守恒性在数值模拟中的重要意义，这一点在许多入门级读物中往往被忽略了。书中涉及的微扰理论部分，虽然篇幅不算长，但讲解得非常精炼，对于理解地球重力场模型（如J2项）对近地轨道的影响起到了很好的铺垫作用。不过，对于那些期待看到大量现成C++或Fortran代码块的读者来说，可能会感到有些失望。作者更倾向于使用数学语言来描述流程，留给读者自己去翻译成代码的“空白”更多。这既是优点也是挑战，意味着你需要自己动手搭建整个计算框架，才能真正体会到轨道确定过程中的艰辛与乐趣。对于希望构建自己独立分析工具的工程师或高年级学生来说，这本书无疑是构建坚实理论基础的宝贵资源。

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