火星进入轨迹优化和制导是火星着陆探测的重要技术之一。本书在综述国内外火星进入任务进展和相关轨迹优化与制导方法的基础上，借助于最优控制、凸优化、不确定性量化、鲁棒优化和模型预测控制等理论来解决火星进入轨迹优化与制导难题，提出了适用于确定性环境和不确定性环境下的轨迹优化算法、以及具有高鲁棒性的制导算法。本书的主要内容是作者及其团队在过去数年间的研究成果，在介绍原创性工作的同时，综述并剖析了国内外火星探测领域的现状与动态，详细介绍了火星进入问题在探测器构型、轨迹优化思路和制导算法方面的最新研究。因此，本书不仅可作为深空探测、飞行器轨迹优化与制导等领域学者和研究生等的学习资料，其丰富的仿真和结论也可为工程技术人员解决相关实际问题提供参考，从而为我国未来的火星采样返回和载人登陆任务提供一定的技术储备。

第一部分 基础知识
第1章 绪论
1.1 火星着陆任务概述
1.1.1 无人火星着陆任务
1.1.2 载人火星登陆计划
1.2 火星进入轨迹优化方法研究进展
1.2.1 启发式方法
1.2.2 直接法
1.2.3 间接法
1.2.4 不确定性优化方法
1.3 火星进入制导方法研究进展
1.3.1 参考轨迹跟踪制导
1.3.2 预测校正制导
1.4 小结
第2章 相关理论基础
2.1 火星进人动力学模型
2.1.1 火星环境模型
2.1.2 坐标系定义及其关系
2.1.3 火星进入器模型
2.1.4 动力学模型
2.1.5 约束条件
2.1.6 进入几何
2.2 最优控制理论概述
2.3 伪谱法概述
2.3.1 Legendre伪谱法
2.3.2 Chebvshev伪谱法
2.4 凸优化理论概述
2.4.1 二阶锥规划
2.4.2 二次约束二次规划
2.5 不确定性理论概述
2.5.1 不确定性的定义与分类
2.5.2 不确定性建模的数学基础
2.5.3 不确定性量化的基本方法
2.6 鲁棒优化理论概述
2.6.1 鲁棒优化的基本概念
2.6.2 鲁棒优化的基本方法
2.7 小结
第二部分 确定性优化方法
第3章 火星进入轨迹的改进Gauss伪谱优化方法
3.1 火星进入轨迹优化问题描述
3.1.1 火星进入动力学方程
3.1.2 约束条件
3.1.3 目标函数
3.1.4 优化问题描述
3.2 粒子群算法
3.3 Gauss伪谱法
3.4 混合优化策略
3.5 仿真分析
3.6 小结
第4章 火星进入轨迹的改进序列凸优化方法
4.1 基于航程角的火星进入动力学模型
4.2 改进序列凸优化方法
4.2.1 问题描述
4.2.2 问题凸化
4.2.3 问题离散
4.2.4 算法流程
4.2.5 仿真分析
4.3 LGL伪谱序列凸优化方法
4.3.1 问题描述
4.3.2 问题凸化
4.3.3 问题离散
4.3.4 算法流程
4.3.5 仿真分析
4.4 小结
第5章 火星进入轨迹的伪谱模型预测凸优化方法
5.1 模型预测凸优化方法
5.2 Legendre伪谱模型预测凸优化方法
5.2.1 伪谱灵敏度关系
5.2.2 参考轨迹更新
5.2.3 算法流程
5.2.4 仿真分析
5.3 映射Chebyshev模型预测凸优化方法
5.3.1 Chebvshev伪谱法
5.3.2 重心Lagrange插值
5.3.3 算法原理
5.3.4 仿真分析
5.4 小结
第6章 火星进入轨迹的间接序列凸优化方法
6.1 归一三角化方法
6.1.1 问题描述
6.1.2 算法原理
6.2 改进归一三角化方法
6.2.1 算法原理
6.2.2 仿真分析
6.3 间接序列凸优化方法
6.4 仿真分析
6.4.1 末端时间自由问题
6.4.2 末端时间固定问题
6.5 小结
第7章 火星进入和着陆轨迹的协同优化方法
7.1 最优问题描述
7.2 协同最优化设计
7.3 强化学习求解策略
7.4 仿真分析
7.5 小结
第三部分 不确定性优化方法
第8章 火星进入轨迹的灵敏度最优化方法
8.1 直接配点法
8.2 灵敏度最优控制方法
8.2.1 优化目标
8.2.2 约束条件
8.2.3 状态灵敏度计算
8.2.4 仿真分析
8.3 小结
第9章 火星进入轨迹不确定性量化方法
9.1 火星进入轨迹不确定性量化问题描述
9.2 基于自适应广义混沌多项式的不确定性量化方法
9.2.1 广义多项式混沌
9.2.2 自适应谱分解
9.2.3 随机空间的自适应分解
9.2.4 在火星进入轨迹不确定性量化问题中的应用
9.3 基于敏感度配点的非侵入式多项式的不确定性量化方法
9.3.1 非侵入式多项式混沌
9.3.2 基于敏感度的配点
9.3.3 确定性变量的求解
9.4 仿真分析
9.4.1 仿真设置
9.4.2 算例1：均匀不确定性
9.4.3 算例2：高斯不确定性
9.4.4 算例3：混合不确定性
9.4.5 分析与讨论
9.5 小结
第10章 火星进入轨迹鲁棒优化方法
10.1 火星进入轨迹鲁棒优化问题
10.1.1 火星进入动力学方程
10.1.2 火星进入段不确定性建模
10.1.3 约束条件
10.1.4 目标函数
10.1.5 优化问题描述
10.2 自适应伪谱法
10.3 鲁棒性和可靠性评估
10.4 仿真分析
10.4.1 仿真设置
10.4.2 算例1：末端高度最大化
10.4.3 算例2：末端偏差最小化
10.4.4 分析与讨论
10.5 小结
第四部分 鲁棒最优制导方法
第11章 火星进入自适应跟踪制导方法
11.1 直接模型参考自适应跟踪制导方法
11.1.1 基于CGT的直接自适应控制方法