基于功能鏈的導航衛(wèi)星系統(tǒng)工程

目錄
前言
第1篇 基于功能鏈設計理念的衛(wèi)星總體設計及實踐
第1章 緒論 3
1.1 引言 3
1.1.1 衛(wèi)星導航的原理 3
1.1.2導航衛(wèi)星的空間環(huán)境特點 4
1.2 國外導航衛(wèi)星發(fā)展概況 13
1.2.1 GPS導航衛(wèi)星 13
1.2.2 GLONASS導航衛(wèi)星 15
1.2.3 Galileo導航衛(wèi)星 16
1.3 國內(nèi)導航衛(wèi)星發(fā)展概況 18
1.3.1 概述 18
1.3.2 北斗一號系統(tǒng) 19
1.3.3 北斗二號系統(tǒng) 19
1.3.4 北斗三號系統(tǒng) 20
第2章 基于功能鏈設計理念的衛(wèi)星總體設計方法 22
2.1 概述 22
2.2 功能鏈的基本思想 22
2.3 結構熱功能鏈 24
2.4 控制功能鏈 25
2.5 電子學功能鏈 26
2.6 載荷功能鏈 27
第3章導航衛(wèi)星系統(tǒng)總體方案 29
3.1導航衛(wèi)星總體任務和功能 29
3.2 總體技術指標 29
3.3 設計基本約束 31
3.4 系統(tǒng)總體方案 31
3.4.1 結構熱功能鏈 33
3.4.2 控制功能鏈 33
3.4.3 電子學功能鏈 33
3.4.4 載荷功能鏈 34
3.5 衛(wèi)星構型及飛行方式 35
3.6 整星工作模式 35
3.7 整星信息流 36
3.7.1 星地/星間信息流 36
3.7.2 載荷與平臺之間的信息流 37
3.7.3 平臺內(nèi)部信息流 37
3.8 衛(wèi)星設計狀態(tài)小結 38
第4章 載荷功能鏈設計 40
4.1導航載荷設計 40
4.1.1 概述 40
4.1.2 任務分析和方案選擇 40
4.1.3 任務、功能及指標 41
4.1.4 組成與配套 42
4.1.5 工作原理及技術方案 42
4.2 自主運行載荷設計 54
4.2.1 系統(tǒng)配套 54
4.2.2 組成和原理 54
4.2.3 自主運行單元設計 55
4.2.4 星間鏈路載荷設計 55
4.3 技術試驗專項設計 57
4.3.1 專項管理終端設計 58
4.3.2 應急測控數(shù)傳一體機設計 59
第5章 結構熱功能鏈設計 62
5.1 任務、功能和設計原則 62
5.1.1 任務和功能 62
5.1.2 設計原則 62
5.2 構型布局 63
5.3 結構設計 67
5.3.1 結構總體方案 68
5.3.2 主結構設計 69
5.3.3 結構仿真分析 72
5.3.4 小結 77
5.4 熱設計 77
5.4.1 通用設計 78
5.4.2 原子鐘板熱設計 79
5.4.3 星載相控陣天線與衛(wèi)星一體化熱設計 82
5.4.4 直接入軌熱控方案設計 86
第6章 控制功能鏈設計 90
6.1 概述 90
6.2 任務分析和方案選擇 90
6.2.1 設計理念 90
6.2.2 設計思路 91
6.2.3 姿態(tài)軌道控制策略 96
6.3 基本算法和軟件模型 98
6.3.1 時間系統(tǒng) 98
6.3.2 坐標系統(tǒng) 101
6.3.3 動力學建模 104
6.4 任務、功能及指標 119
6.4.1 任務和功能 119
6.4.2 主要技術指標 120
6.5 組成和配套 120
6.6 工作原理及技術方案 121
6.6.1 工作原理 121
6.6.2 工作模式設計 121
6.6.3 單機安裝設計 124
6.6.4 高可靠性及輕量化設計方案 125
6.6.5 自主運行設計 126
6.6.6 軟件設計 127
6.7 敏感器和執(zhí)行器選型以及配置 129
6.7.1 敏感器 130
6.7.2 執(zhí)行器 137
6.8 軌道預報和控制 143
6.8.1 軌道預報 143
6.8.2 軌道控制 153
6.9 姿態(tài)確定和控制 157
6.9.1 姿態(tài)確定 157
6.9.2 姿態(tài)控制 161
6.10 太陽帆板控制 167
6.10.1 帆板展開控制 167
6.10.2 SADA 加電控制 167
6.10.3 故障診斷與處理 167
6.10.4 帆板自主控制 167
6.11 地面仿真測試系統(tǒng) 168
6.11.1 半物理仿真系統(tǒng) 168
6.11.2 整星集成測試系統(tǒng) 171
6.12 小結 172
第7章 電子學功能鏈設計 173
7.1 概述 173
7.2 電子學構架及總體考慮 174
7.2.1 體系架構比較 174
7.2.2 數(shù)據(jù)總線的比較 176
7.2.3 電子學體系架構設計 177
7.3 能源設計 178
7.3.1 任務分析和方案選擇 178
7.3.2 任務、功能及指標 181
7.3.3 組成與配套 182
7.3.4 工作原理 186
7.4 星務設計 187
7.4.1 任務分析和方案選擇 187
7.4.2 任務、功能及指標 188
7.4.3 組成與配套 190
7.4.4 工作原理及技術方案 190
7.5 測控設計 200
7.5.1 任務分析和方案選擇 200
7.5.2 任務、功能及指標 201
7.5.3 組成與配套 202
7.5.4 工作原理及技術方案 204
7.6 總體電路設計 205
7.6.1 任務分析和方案選擇 205
7.6.2 任務、功能及指標 207
7.6.3 組成與配套 207
7.6.4 工作原理 208
7.7 衛(wèi)星常用控制驅(qū)動等專項電路 216
7.7.1 磁力矩器、電機等需要正反向控制的功率驅(qū)動電路 216
7.7.2 加熱器驅(qū)動控制電路 217
7.7.3 SADA驅(qū)動及與帆板的電纜連接 217
7.7.4 火工品驅(qū)動及電源狀態(tài)遙測電路 218
7.7.5 星表保護插頭設計 219
7.7.6 輔母線轉換電路 220
7.7.7 推進驅(qū)動控制設計 223
7.7.8 反作用輪力矩控制 224
7.8 常用接口參考電路 225
7.8.1 供電相關接口電路 225
7.8.2 指令輸出接口電路 227
7.8.3 指令接收接口電路 229
7.8.4 模擬量遙測接口電路 231
7.8.5 雙向通信接口 235
7.8.6 DC/DC使用注意事項 244
第2篇 基于創(chuàng)新和目標驅(qū)動的衛(wèi)星系統(tǒng)工程方法及實踐
第8章 基于創(chuàng)新和目標驅(qū)動的衛(wèi)星系統(tǒng)工程方法 249
8.1 概述 249
8.2 基于創(chuàng)新的衛(wèi)星系統(tǒng)工程方法 250
8.2.1 創(chuàng)新與目標和風險的關系以及方法的內(nèi)涵 250
8.2.2 創(chuàng)新目標的選擇方法和途徑以及傳統(tǒng)技術途徑的局限 252
8.2.3 長板理論和在軌賦能適用于長壽命高可靠衛(wèi)星 253
8.2.4 采用成熟的工藝/產(chǎn)品是創(chuàng)新產(chǎn)品成功的前提和保證 254
8.2.5 底線思維降低風險 255
8.2.6 關鍵項目識別方法-失效樹分析 256
8.2.7 薄弱環(huán)節(jié)識別和強化試驗盡早暴露風險 262
8.2.8 通過試驗的覆蓋性、充分性、有效性化解風險 263
8.3 基于目標驅(qū)動的系統(tǒng)工程方法 264
8.3.1 目標導向的思維方式和設計方法 264
8.3.2 看門狗思維方法化解風險 265
8.4 小結 265
第9章 高可靠性實現(xiàn) 266
9.1 概述 266
9.2 系統(tǒng)級可靠性、長壽命設計 266
9.2.1 整星安全模式設計 267
9.2.2 空間環(huán)境防護設計 270
9.2.3 系統(tǒng)級冗余設計 273
9.2.4 長壽命設計 275
9.3導航衛(wèi)星軟件可靠性與安全性設計 278
9.3.1 單粒子防護設計 278
9.3.2 軟件重構和信號重構 280
9.4 整星關鍵項目識別及措施 281
9.5 生產(chǎn)過程可靠性控制 285
9.5.1 孤立導體復查 285
9.5.2 大功率產(chǎn)品平面間隙復查 286
9.5.3 空置管腳接地檢查 287
9.6 關鍵單機可靠性專項試驗 287
9.6.1 電子學類單機加速壽命試驗 288
9.6.2 大功率無源單機加速壽命試驗 288
9.7 可靠性管理 293
9.7.1 不同階段工作內(nèi)容 293
9.7.2 管理的策略 296
9.7.3 實現(xiàn)的途徑 297
9.8 小結 298
第10章 自主運行及高可用性實現(xiàn) 299
10.1 概述 299
10.2 衛(wèi)星自主運行設計 300
10.2.1 自主導航 300
10.2.2 平臺自主運行 301
10.2.3 自主診斷恢復 301
10.3 平臺自主運行 303
10.3.1 自主熱控管理 304
10.3.2 自主電源管理 305
10.3.3 SADA自主控制 305
10.3.4 平臺軌道外推方案 306
10.3.5 平臺時間精度保持 306
10.4 載荷自主運行 308
10.4.1 時頻及自主運行時間維持方案 308
10.4.2 星間測量數(shù)據(jù)傳輸 309
10.4.3 自主定軌和星歷生成 310
10.5 衛(wèi)星自主故障診斷和恢復 312
10.6 小結 313
第11章 整星總裝、測試與試驗 314
11.1 概述 314
11.2 衛(wèi)星總裝 314
11.2.1 總裝流程 314
11.2.2 總裝檢測 315
11.2.3 機械支持設備 318
11.3 衛(wèi)星電性能綜合測試 318
11.3.1 測試目的 319
11.3.2 測試技術狀態(tài) 319
11.3.3 測試內(nèi)容 321
11.4 衛(wèi)星大型試驗 326
11.4.1 力學環(huán)境試驗 326
11.4.2 熱真空試驗 328
11.4.3 整星電磁兼容試驗 330
11.5 小結 332
第12章 衛(wèi)星在軌運行管理 334
12.1 飛行控制 334
12.2 在軌運行管理 335
12.2.1 設計層面-在軌自主運行技術 336
12.2.2 管理層面：在軌管理機制 336
第13章 衛(wèi)星系統(tǒng)工程管理 342
13.1 基于功能鏈和目標驅(qū)動的系統(tǒng)工程管理方法 342
13.1.1 概述 342
13.1.2 基于功能鏈的復合矩陣管理模式 343
13.1.3