衛(wèi)星姿態(tài)控制動態(tài)模擬技術

前言

衛(wèi)星姿態(tài)控制動態(tài)模擬器是由軟硬件部件模擬器按真實衛(wèi)星的組成與結構所集成的模擬器，它運行在軟件模擬出的空間環(huán)境中，展示衛(wèi)星各部分的工作情況和相互協(xié)作關系。它有不同方式的軟硬件接口，可以充當系統(tǒng)或部分系統(tǒng)的替代角色，是方案設計與驗證、星載計算機軟件調試、敏感器與執(zhí)行機構部件檢測、系統(tǒng)故障復現與故障分析等多種工作的工具，更重要的是，它定義了一種在團隊里封裝和共享知識的規(guī)范，形成了一種協(xié)作模式。董云峰在1994～1997年借調到香港亞太通訊衛(wèi)星有限公司工作期間，使用了美國休斯（HLlghes）公司HS-376動態(tài)模擬器，接受了HS一601動態(tài)模擬器使用培訓，參與了美國勞拉（Ioral）公司LS-1300動態(tài)模擬器的監(jiān)造工作，參加了HS-701動態(tài)模擬器功能設計研討會。1998年返回北京航空航天大學工作后，一直對衛(wèi)星動態(tài)模擬器的研制工作念念不忘，重點針對衛(wèi)星姿態(tài)控制分系統(tǒng)開始進行技術積累。在衛(wèi)星姿態(tài)控制動態(tài)模擬器的研制和積累過程中，得到北京航空航天大學宇航學院211和985建設經費的支持，相關課題的研究還先后得到中國科學院空間中心、清華大學、航天東方紅衛(wèi)星有限公司、中國空問技術研究院總體部、北京國科環(huán)宇空間技術有限公司的支持。趙光恒、陳非凡、孫國江、張曉敏、孫禮朋及其團隊對形成本書所用的技術規(guī)范起了指導和決定性作用。衛(wèi)星姿態(tài)控制動態(tài)模擬器的研制凝聚了許多人的知識和努力，陸續(xù)參與了研制工作的包括北京航空航天大學孟慶春教授、滿慶豐教授、黃海教授、董長虹副教授、王海涌副教授的團隊。除了蘇建敏、陳士明、胡迪外，張振軍、高小波、丁同瑞、郭巍、林振華、劉育強、孫樂豐、王皓、劉飛、熊小平、段傳輝、范猛、馬俊、趙文、鄧武東等參與了衛(wèi)星姿態(tài)控制動態(tài)模擬器的研制和本書的撰寫、錄入、制圖、校對等工作。衛(wèi)星姿態(tài)控制動態(tài)模擬器的研制涉及知識面廣，技術發(fā)展迅速，而作者水平有限，書中難免存在疏漏，懇請讀者批評指正。

內容概要

本書介紹了衛(wèi)星動態(tài)模擬器的概念、原理、組成、工作模式及其應用場景，分析了實時分布式仿真的同步技術、開發(fā)研制工具及開發(fā)平臺、研制過程的耦合性、多模式協(xié)同開發(fā)技術、跨平臺源代碼級移植技術、軟件開發(fā)與調試、系統(tǒng)測試驗證流程等內容；詳細敘述了星載計算機模擬器軟硬件平臺的研制、星載嵌入式應用軟件的層次與模塊劃分問題，并討論了基本的飛行控制模式；介紹了陀螺、太陽敏感器、地球敏感器、星敏感器、推力器、輪子、磁力矩器、帆板驅動機構、供電子系統(tǒng)、遙測遙控子系統(tǒng)等模擬器的原理模型、電信接口模型、誤差模型和失效模型；給出了部件模型的研制、測試、聯調方案、飛行環(huán)境與運動模擬器完整的計算方法及軟件模塊的層次劃分；分析了飛行環(huán)境與運動模擬器的軟硬件平臺研制、仿真正確性測試與驗證問題以及運行監(jiān)測管理系統(tǒng)的研制與調試技術?！　”緯勺鳛榭蒲性核鶑氖滦l(wèi)星研制的設計師和工程師的參考資料，為其提供了一個方便有效的衛(wèi)星方案設計和驗證的平臺；也可作為在校學生學習的參考書，幫助其了解真實衛(wèi)星和衛(wèi)星動態(tài)模擬器的相關知識，學習工程方法論的運用。

書籍目錄

前言 第1章 衛(wèi)星動態(tài)模擬器介紹 　1.1 衛(wèi)星動態(tài)模擬器概念 　1.2 衛(wèi)星動態(tài)模擬器發(fā)展歷程 　1.3 動態(tài)模擬器工作原理 　1.4 動態(tài)模擬器組成 　1.5 動態(tài)模擬器結構與工作模式分析 　1.6 動態(tài)模擬器的仿真模型 　1.7 動態(tài)模擬器應用場景 　1.8 動態(tài)模擬器相關知識 第2章 動態(tài)模擬器研制工具與方法 　2.1 動態(tài)模擬器耦合性分析方法 　2.2 動態(tài)模擬器系統(tǒng)層次分解 　2.3 實時分布式仿真的同步技術 　2.4 開發(fā)研制工具及開發(fā)平臺 　2.5 跨平臺源代碼級移植技術 　2.6 系統(tǒng)測試驗證流程 第3章 部件運行平臺研制 　3.1 系統(tǒng)接口函數定義 　3.2 Windows應用程序開發(fā)與調試 　3.3 VxWorks應用程序開發(fā)與調試 　3.4 模擬傳輸接口 　3.5 工控機硬件平臺 　3.6 F51芯片單板機平臺 　3.7 ARM7單板機平臺 　3.8 SPARC芯片單板機平臺 　3.9 單板機標準外擴接口 　3.10 FPGA同步設備 　3.11 集群嵌入式板卡監(jiān)測配置管理 　3.12 運動控制卡編程 　3.13 運動學轉臺 　3.14 動力學轉臺 第4章 星載計算機模擬器數學模型 　4.1 數學層模塊 　4.2 力學層模塊 　4.3 通用算法層模塊 　4.4 布局相關算法層模塊 　4.5 飛行控制模式實體 第5章 部件模擬器 　5.1 部件模擬器種類 　5.2 設備組與接插件 　5.3 陀螺模擬器 　5.4 太陽敏感器模擬器 　5.5 地球敏感器模擬器 　5.6 推力器模擬器 　5.7 反作用輪模擬器 　5.8 磁力矩器模擬器 　5.9 帆板驅動機構模擬器 　5.10 遙測遙控子系統(tǒng)模擬器 　5.11 供電子系統(tǒng)模擬器 第6章 衛(wèi)星動力學模型與計算方法 　6.1 坐標系與坐標轉換 　6.2 衛(wèi)星軌道描述及變換 　6.3 衛(wèi)星姿態(tài)描述及變換 　6.4 時間和歷法 　6.5 地球相關模型 　6.6 天體位置計算 　6.7 衛(wèi)星軌道與姿態(tài)運動 　6.8 測試與驗證 第7章 運行監(jiān)測與管理系統(tǒng) 　7.1 數據歸檔分析程序 　7.2 遙測解碼程序 　7.3 自然人機交互界面技術 參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：衛(wèi)星動態(tài)模擬器（dynamjc satelhte sinlulator）是由軟硬件部件按真實衛(wèi)星的組成與結構所集成的一顆衛(wèi)星。其硬件部件主要由成本相對較低的敏感器、控制器、執(zhí)行機構部件模擬器構成，也可以采用真實部件。這顆衛(wèi)星運行在軟件模擬出的空間環(huán)境中，與真實衛(wèi)星的模式與參數保持一致，對衛(wèi)星的各個子系統(tǒng)及其部件進行動態(tài)模擬，展示衛(wèi)星系統(tǒng)的工作情況，揭示各系統(tǒng)的工作原理和相互間的協(xié)作關系。動態(tài)模擬器可以充當系統(tǒng)或部分系統(tǒng)的替代角色，是方案設計與演示驗證、星載計算機軟件調試、敏感器與執(zhí)行機構部件檢測、系統(tǒng)故障復現與故障分析等多種工作的工具。動態(tài)模擬器在部件級上與真實衛(wèi)星一一對應。對每一個部件，應建立原理模型、電信接口模型、誤差模型和失效模型，反映出部件的工作原理、使用時的電信接口、部件的性能和可靠性特征。衛(wèi)星動態(tài)模擬器有很強的可伸縮性和擴展性。它有多種運行模式，既可以運行在筆記本電腦中進行全數字仿真，完成新部件數學模型的調試，也可以分布在多個房間內進行全系統(tǒng)半實物仿真，完成系統(tǒng)驗證。使用者可以在最易于開發(fā)調試的模式下研制完善四種模型，然后通過對源代碼重新編譯的方式移植到其他模式下使用。源代碼級的可移植性是動態(tài)模擬器與普通的數字仿真和半實物仿真的主要區(qū)別。動態(tài)模擬器運行在室內環(huán)境，可靠性要求低，一般也沒有功率、尺寸和重量限制，因此可以選用高集成度的工業(yè)級或商用級的元器件，并利用軟件、可編程邏輯器件等工具實現部件功能，突出成本優(yōu)勢。動態(tài)模擬器不僅是工具，由于它本身存儲和傳播了知識，而且也是一種工作方式，是一個單位或團隊在完成研制任務的前提下追求人力、物力及時間耗費最小的過程中凝練成的產物。

編輯推薦

《衛(wèi)星姿態(tài)控制動態(tài)模擬技術》是由科學出版社出版的。

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