（1）本书立足航天技术前沿，瞄准国家重大需求，以电磁力航天器编队的动力学与控制为主要内容，结合研究团队近年来的科学研究成果编撰而成。
（2）书中遵循由浅入深、由易到难、由简到繁、循序渐进的方式，较为系统地介绍了电磁力航天器编队的非线性动力学建模与控制等技术。
（3）包含了大量的一线工作案例，图文并茂、系统性强，帮助读者更好的理解高精度航天器编队的相关技术，对未来航天器设计的研究发展具有很好的参考价值和指导意义。
（4）本书适用于航空航天、深空探测、控制理论与控制工程相关研究领域的工程技术人员和高等院校专业师生。

航天器电磁编队飞行是一种无推进剂消耗的编队飞行方式，它的工作原理是为每个航天器安装电磁线圈，通过不同航天器上电磁线圈之间相互作用产生的电磁力和电磁力矩控制航天器的相对运动。航天器电磁编队的控制过程无须消耗推进剂，且具有无羽流污染、控制力连续的优点，但电磁场的强非线性和位姿耦合也给编队动力学建模和控制带来挑战。
本书结合作者团队近年来的研究进展，系统介绍了在姿轨耦合和强非线性情况下的航天器编队动力学建模与磁矩优化分配，航天器电磁编队的姿轨耦合控制，航天器电磁编队的欠驱动控制，基于端口哈密顿动力学的航天器电磁编队动力学建模与控制等方面的近期新研究成果，以及地面实验系统的设计方案。
本书可供从事航天工程、深空探测、控制理论与控制工程相关研究领域的技术人员和高等院校相关专业师生参考使用。

第1章 绪论 1
1.1 航天器编队飞行的概念与内涵2
1.2 航天器编队飞行计划4
1.2.1 对地观测与空间探测领域4
1.2.2 深空探测领域8
1.3 航天器电磁编队飞行11
1.4 航天器编队飞行技术研究现状12
1.4.1 航天器编队飞行动力学建模方法12
1.4.2 航天器编队控制技术17
1.4.3 航天器电磁编队的动力学与控制技术18
1.4.4 深空探测编队自主导航技术21
第2章 航天器编队动力学基础 23
2.1 坐标系定义24
2.2 近地轨道航天器编队动力学24
2.2.1 C-W 方程26
2.2.2 T-H 方程26
2.2.3 Lawden方程28
2.3 日地L2点航天器编队动力学29
2.3.1 编队坐标系的建立30
2.3.2 动力学方程建模31
2.4 航天器编队相对姿态动力学32
2.4.1 姿态的描述32
2.4.2 姿态动力学和运动学模型34
2.5 航天器姿轨一体化动力学36
2.5.1 对偶四元数36
2.5.2 对偶质量与对偶动量38
2.5.3 单航天器动力学建模39
2.5.4 误差动力学方程40
本章小结40
第3章 航天器电磁编队动力学建模与磁矩分配 41
3.1 电磁模型及分析42
3.1.1 磁场和磁矢势42
3.1.2 电磁力和电磁力矩43
3.1.3 远场电磁模型44
3.1.4 远场电磁模型误差分析45
3.2 远场电磁模型包络分析47
3.2.1 可控磁偶极子48
3.2.2 电磁力包络49
3.2.3 电磁力矩包络53
3.3 航天器电磁编队动力学建模57
3.3.1 航天器电磁编队的坐标系定义57
3.3.2 航天器电磁编队相对动力学58
3.3.3 外界干扰建模58
3.4 航天器电磁编队的磁矩优化分配方法60
3.4.1 坐标系转换与快速求解61
3.4.2 双星磁矩分配与优化63
本章小结70
第4章 航天器电磁编队的六自由度控制 72
4.1 基于对偶四元数的电磁编队交会对接控制73
4.1.1 相对运动学方程73
4.1.2 控制器设计74
4.1.3 仿真分析75
4.2 航天器电磁编队姿轨一体化控制77
4.2.1 电磁编队动力学与动力学模型77
4.2.2 期望编队构型79
4.2.3 误差动力学80
4.2.4 电磁模型及磁矩求解81
4.2.5 控制器设计86
4.2.6 仿真分析90
4.3 基于自抗扰方法的航天器电磁编队控制97
4.3.1 平动控制98
4.3.2 姿态控制99
4.3.3 角动量管理101
4.3.4 仿真分析102
本章小结110
第5章 航天器电磁编队的欠驱动控制 111
5.1 电磁编队欠驱动控制可行性分析112
5.2 欠驱动线性二次型调节器114
5.2.1 LQR控制权重间接估计法114
5.2.2 数值仿真与分析116
5.3 欠驱动编队重构控制方法121
5.3.1 径向欠驱动滑模控制121
5.3.2 迹向欠驱动滑模控制125
5.3.3 数值仿真与分析128
5.4 欠驱动编队悬停控制方法134
5.4.1 悬停位置可行解134
5.4.2 基于扰动观测器的悬停控制135
5.4.3 欠驱动同步控制方法138
5.4.4 数值仿真与分析140
本章小结143
第6章 基于端口哈密顿动力学的航天器编队动力学建模 145
6.1 端口哈密顿力学基础146
6.1.1 端口哈密顿系统简介146
6.1.2 端口哈密顿系统定义148
6.1.3 端口哈密顿系统特性149
6.2 近地轨道航天器编队端口哈密顿动力学建模150
6.2.1 坐标系定义150
6.2.2 编队运动相对动力学建模151
6.3 日地L2点航天器编队端口哈密顿动力学建模153
6.3.1 圆形性三体问题153
6.3.2 编队系统相对运动动力学建模155
6.4 基于无源控制的航天器编队队形重构157
6.4.1 基于互联和阻尼分配无源性的控制方法157
6.4.2 控制系统设计157
6.4.3 近地轨道航天器编队控制158
6.4.4 日地L2点航天器编队控制159
本章小结161
第7章 深空探测航天器编队自主相对导航 162
7.1 航天器编队自主相对导航概述163
7.2 基于相对测量的航天器编队自主导航164
7.2.1 相对测量技术在编队自主导航中的应用164
7.2.2 基于相对测量的深空探测航天器编队自主相对导航166
7.3 航天器编队相对导航仿真分析172
7.3.1 深空探测仿真场景想定172
7.3.2 仿真实验结果173
7.3.3 实验结果分析176
本章小结178
第8章 地面实验系统与仿真软件设计 180
8.1 地面实验系统软硬件设计181
8.1.1 卫星模拟器分系统183
8.1.2 超导电磁线圈分系统190
8.1.3 气浮平台分系统196
8.1.4 室内定位分系统197
8.2 多维超导电磁场建模与仿真软件199
8.2.1 有限元法建模201
8.2.2 解析法建模204
8.2.3 模型校核方法210
8.2.4 可视化界面220
本章小结221
参考文献 222