衛(wèi)星姿態(tài)控制動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)

前言

衛(wèi)星姿態(tài)控制動(dòng)態(tài)模擬器是由軟硬件部件模擬器按真實(shí)衛(wèi)星的組成與結(jié)構(gòu)所集成的模擬器，它運(yùn)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(guān)系。它有不同方式的軟硬件接口，可以充當(dāng)系統(tǒng)或部分系統(tǒng)的替代角色，是方案設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、星載計(jì)算機(jī)軟件調(diào)試、敏感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件檢測(cè)、系統(tǒng)故障復(fù)現(xiàn)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(tuán)隊(duì)里封裝和共享知識(shí)的規(guī)范，形成了一種協(xié)作模式。董云峰在1994～1997年借調(diào)到香港亞太通訊衛(wèi)星有限公司工作期間，使用了美國(guó)休斯（HLlghes）公司HS-376動(dòng)態(tài)模擬器，接受了HS一601動(dòng)態(tài)模擬器使用培訓(xùn)，參與了美國(guó)勞拉（Ioral）公司LS-1300動(dòng)態(tài)模擬器的監(jiān)造工作，參加了HS-701動(dòng)態(tài)模擬器功能設(shè)計(jì)研討會(huì)。1998年返回北京航空航天大學(xué)工作后，一直對(duì)衛(wèi)星動(dòng)態(tài)模擬器的研制工作念念不忘，重點(diǎn)針對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制分系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行技術(shù)積累。在衛(wèi)星姿態(tài)控制動(dòng)態(tài)模擬器的研制和積累過(guò)程中，得到北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院211和985建設(shè)經(jīng)費(fèi)的支持，相關(guān)課題的研究還先后得到中國(guó)科學(xué)院空間中心、清華大學(xué)、航天東方紅衛(wèi)星有限公司、中國(guó)空問(wèn)技術(shù)研究院總體部、北京國(guó)科環(huán)宇空間技術(shù)有限公司的支持。趙光恒、陳非凡、孫國(guó)江、張曉敏、孫禮朋及其團(tuán)隊(duì)對(duì)形成本書(shū)所用的技術(shù)規(guī)范起了指導(dǎo)和決定性作用。衛(wèi)星姿態(tài)控制動(dòng)態(tài)模擬器的研制凝聚了許多人的知識(shí)和努力，陸續(xù)參與了研制工作的包括北京航空航天大學(xué)孟慶春教授、滿慶豐教授、黃海教授、董長(zhǎng)虹副教授、王海涌副教授的團(tuán)隊(duì)。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(qiáng)、孫樂(lè)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(dòng)態(tài)模擬器的研制和本書(shū)的撰寫(xiě)、錄入、制圖、校對(duì)等工作。衛(wèi)星姿態(tài)控制動(dòng)態(tài)模擬器的研制涉及知識(shí)面廣，技術(shù)發(fā)展迅速，而作者水平有限，書(shū)中難免存在疏漏，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書(shū)介紹了衛(wèi)星動(dòng)態(tài)模擬器的概念、原理、組成、工作模式及其應(yīng)用場(chǎng)景，分析了實(shí)時(shí)分布式仿真的同步技術(shù)、開(kāi)發(fā)研制工具及開(kāi)發(fā)平臺(tái)、研制過(guò)程的耦合性、多模式協(xié)同開(kāi)發(fā)技術(shù)、跨平臺(tái)源代碼級(jí)移植技術(shù)、軟件開(kāi)發(fā)與調(diào)試、系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證流程等內(nèi)容；詳細(xì)敘述了星載計(jì)算機(jī)模擬器軟硬件平臺(tái)的研制、星載嵌入式應(yīng)用軟件的層次與模塊劃分問(wèn)題，并討論了基本的飛行控制模式；介紹了陀螺、太陽(yáng)敏感器、地球敏感器、星敏感器、推力器、輪子、磁力矩器、帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、供電子系統(tǒng)、遙測(cè)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(cè)試、聯(lián)調(diào)方案、飛行環(huán)境與運(yùn)動(dòng)模擬器完整的計(jì)算方法及軟件模塊的層次劃分；分析了飛行環(huán)境與運(yùn)動(dòng)模擬器的軟硬件平臺(tái)研制、仿真正確性測(cè)試與驗(yàn)證問(wèn)題以及運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的研制與調(diào)試技術(shù)?！　”緯?shū)可作為科研院所從事衛(wèi)星研制的設(shè)計(jì)師和工程師的參考資料，為其提供了一個(gè)方便有效的衛(wèi)星方案設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的平臺(tái)；也可作為在校學(xué)生學(xué)習(xí)的參考書(shū)，幫助其了解真實(shí)衛(wèi)星和衛(wèi)星動(dòng)態(tài)模擬器的相關(guān)知識(shí)，學(xué)習(xí)工程方法論的運(yùn)用。

書(shū)籍目錄

前言 第1章 衛(wèi)星動(dòng)態(tài)模擬器介紹 　1.1 衛(wèi)星動(dòng)態(tài)模擬器概念 　1.2 衛(wèi)星動(dòng)態(tài)模擬器發(fā)展歷程 　1.3 動(dòng)態(tài)模擬器工作原理 　1.4 動(dòng)態(tài)模擬器組成 　1.5 動(dòng)態(tài)模擬器結(jié)構(gòu)與工作模式分析 　1.6 動(dòng)態(tài)模擬器的仿真模型 　1.7 動(dòng)態(tài)模擬器應(yīng)用場(chǎng)景 　1.8 動(dòng)態(tài)模擬器相關(guān)知識(shí) 第2章 動(dòng)態(tài)模擬器研制工具與方法 　2.1 動(dòng)態(tài)模擬器耦合性分析方法 　2.2 動(dòng)態(tài)模擬器系統(tǒng)層次分解 　2.3 實(shí)時(shí)分布式仿真的同步技術(shù) 　2.4 開(kāi)發(fā)研制工具及開(kāi)發(fā)平臺(tái) 　2.5 跨平臺(tái)源代碼級(jí)移植技術(shù) 　2.6 系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證流程 第3章 部件運(yùn)行平臺(tái)研制 　3.1 系統(tǒng)接口函數(shù)定義 　3.2 Windows應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)與調(diào)試 　3.3 VxWorks應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)與調(diào)試 　3.4 模擬傳輸接口 　3.5 工控機(jī)硬件平臺(tái) 　3.6 F51芯片單板機(jī)平臺(tái) 　3.7 ARM7單板機(jī)平臺(tái) 　3.8 SPARC芯片單板機(jī)平臺(tái) 　3.9 單板機(jī)標(biāo)準(zhǔn)外擴(kuò)接口 　3.10 FPGA同步設(shè)備 　3.11 集群嵌入式板卡監(jiān)測(cè)配置管理 　3.12 運(yùn)動(dòng)控制卡編程 　3.13 運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)臺(tái) 　3.14 動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)臺(tái) 第4章 星載計(jì)算機(jī)模擬器數(shù)學(xué)模型 　4.1 數(shù)學(xué)層模塊 　4.2 力學(xué)層模塊 　4.3 通用算法層模塊 　4.4 布局相關(guān)算法層模塊 　4.5 飛行控制模式實(shí)體 第5章 部件模擬器 　5.1 部件模擬器種類(lèi) 　5.2 設(shè)備組與接插件 　5.3 陀螺模擬器 　5.4 太陽(yáng)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(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)模擬器 　5.10 遙測(cè)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(dòng)力學(xué)模型與計(jì)算方法 　6.1 坐標(biāo)系與坐標(biāo)轉(zhuǎn)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(shí)間和歷法 　6.5 地球相關(guān)模型 　6.6 天體位置計(jì)算 　6.7 衛(wèi)星軌道與姿態(tài)運(yùn)動(dòng) 　6.8 測(cè)試與驗(yàn)證 第7章 運(yùn)行監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng) 　7.1 數(shù)據(jù)歸檔分析程序 　7.2 遙測(cè)解碼程序 　7.3 自然人機(jī)交互界面技術(shù) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：衛(wèi)星動(dòng)態(tài)模擬器（dynamjc satelhte sinlulator）是由軟硬件部件按真實(shí)衛(wèi)星的組成與結(jié)構(gòu)所集成的一顆衛(wèi)星。其硬件部件主要由成本相對(duì)較低的敏感器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件模擬器構(gòu)成，也可以采用真實(shí)部件。這顆衛(wèi)星運(yùn)行在軟件模擬出的空間環(huán)境中，與真實(shí)衛(wèi)星的模式與參數(shù)保持一致，對(duì)衛(wèi)星的各個(gè)子系統(tǒng)及其部件進(jìn)行動(dòng)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(guān)系。動(dòng)態(tài)模擬器可以充當(dāng)系統(tǒng)或部分系統(tǒng)的替代角色，是方案設(shè)計(jì)與演示驗(yàn)證、星載計(jì)算機(jī)軟件調(diào)試、敏感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件檢測(cè)、系統(tǒng)故障復(fù)現(xiàn)與故障分析等多種工作的工具。動(dòng)態(tài)模擬器在部件級(jí)上與真實(shí)衛(wèi)星一一對(duì)應(yīng)。對(duì)每一個(gè)部件，應(yīng)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(shí)的電信接口、部件的性能和可靠性特征。衛(wèi)星動(dòng)態(tài)模擬器有很強(qiáng)的可伸縮性和擴(kuò)展性。它有多種運(yùn)行模式，既可以運(yùn)行在筆記本電腦中進(jìn)行全數(shù)字仿真，完成新部件數(shù)學(xué)模型的調(diào)試，也可以分布在多個(gè)房間內(nèi)進(jìn)行全系統(tǒng)半實(shí)物仿真，完成系統(tǒng)驗(yàn)證。使用者可以在最易于開(kāi)發(fā)調(diào)試的模式下研制完善四種模型，然后通過(guò)對(duì)源代碼重新編譯的方式移植到其他模式下使用。源代碼級(jí)的可移植性是動(dòng)態(tài)模擬器與普通的數(shù)字仿真和半實(shí)物仿真的主要區(qū)別。動(dòng)態(tài)模擬器運(yùn)行在室內(nèi)環(huán)境，可靠性要求低，一般也沒(méi)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(jí)或商用級(jí)的元器件，并利用軟件、可編程邏輯器件等工具實(shí)現(xiàn)部件功能，突出成本優(yōu)勢(shì)。動(dòng)態(tài)模擬器不僅是工具，由于它本身存儲(chǔ)和傳播了知識(shí)，而且也是一種工作方式，是一個(gè)單位或團(tuán)隊(duì)在完成研制任務(wù)的前提下追求人力、物力及時(shí)間耗費(fèi)最小的過(guò)程中凝練成的產(chǎn)物。

編輯推薦

《衛(wèi)星姿態(tài)控制動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)》是由科學(xué)出版社出版的。

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