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航天器魯棒安全飛行控制 版權(quán)信息
- ISBN：9787030694003
- 條形碼：9787030694003 ; 978-7-03-069400-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類：>
航天器魯棒安全飛行控制 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書在深入分析航天器復(fù)雜模型特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)影響航天器安全飛行的控制問(wèn)題進(jìn)行研究。全書以當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的近期新研究成果為背景，提煉其中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，包括復(fù)雜航天器姿態(tài)穩(wěn)定控制、姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡優(yōu)化與穩(wěn)定跟蹤控制、故障診斷與容錯(cuò)控制，微小衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型優(yōu)化及姿態(tài)同步控制等。在此基礎(chǔ)上，搭建了分布式虛擬實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)模擬航天器真實(shí)運(yùn)行環(huán)境，并進(jìn)行航天器運(yùn)行可視化三維視景演示，建立了面向航天器系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真驗(yàn)證系統(tǒng)。 本書從航天器模型建立入手，圍繞影響航天器安全飛行的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，融合了航天器單星及編隊(duì)控制領(lǐng)域的近期新研究成果，適合自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的本科生及研究生閱讀，同時(shí)可供對(duì)航天器安全飛行控制感興趣的高校師生、科研工作者和工程技術(shù)人員閱讀參考。
航天器魯棒安全飛行控制 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 航天器基本概念 1
1.2 航天器研究進(jìn)展 6
1.2.1 國(guó)內(nèi)外典型航天器發(fā)展現(xiàn)狀 6
1.2.2 復(fù)雜航天器姿態(tài)控制 14
1.2.3 航天器故障診斷與容錯(cuò)控制 18
1.2.4 航天器編隊(duì)控制 20
1.2.5 航天器仿真平臺(tái) 22
1.3 航天器控制難點(diǎn)問(wèn)題 23
1.4 特點(diǎn)和內(nèi)容安排 26
1.5 小結(jié) 27
參考文獻(xiàn) 27
第2章 復(fù)雜航天器模型 35
2.1 航天器運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 35
2.1.1 坐標(biāo)系 36
2.1.2 姿態(tài)數(shù)學(xué)模型描述 36
2.2 航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型 39
2.2.1 剛體航天器動(dòng)力學(xué)模型 40
2.2.2 剛?cè)岷教炱鲃?dòng)力學(xué)模型 40
2.2.3 剛液航天器動(dòng)力學(xué)模型 51
2.2.4 剛-柔-液復(fù)雜航天器動(dòng)力學(xué)模型 58
2.3 小結(jié) 60
參考文獻(xiàn) 61
第3章 復(fù)雜航天器姿態(tài)穩(wěn)定控制 62
3.1 輸入成形器方法概述 62
3.1.1 輸入成形器基本原理 62
3.1.2 幾種典型的輸入成形器 64
3.2 基于輸入成形器的姿態(tài)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì) 70
3.2.1 FR輸入成形器設(shè)計(jì) 71
3.2.2 姿態(tài)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì) 74
3.2.3 仿真分析 78
3.3 基于阻尼反饋的姿態(tài)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì) 83
3.3.1 干擾觀測(cè)器與柔性振動(dòng)觀測(cè)器設(shè)計(jì) 83
3.3.2 姿態(tài)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì) 87
3.3.3 仿真分析 91
3.4 小結(jié) 96
參考文獻(xiàn) 96
第4章 復(fù)雜航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡優(yōu)化與穩(wěn)定跟蹤控制 98
4.1 航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡優(yōu)化 98
4.1.1 姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)與穩(wěn)定跟蹤控制總體框架 98
4.1.2 姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)多目標(biāo)多約束條件建立 99
4.1.3 基于Gauss偽譜法的姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì) 104
4.2 有限時(shí)間姿態(tài)角速度估計(jì) 107
4.2.1 有限時(shí)間狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì) 108
4.2.2 角速度求解 111
4.3 航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)穩(wěn)定跟蹤控制 112
4.3.1 面向控制建模 112
4.3.2 姿態(tài)機(jī)動(dòng)穩(wěn)定跟蹤控制器設(shè)計(jì) 114
4.3.3 仿真分析 122
4.4 小結(jié) 131
參考文獻(xiàn) 131
第5章 航天器故障診斷與容錯(cuò)控制 132
5.1 航天器故障概述 132
5.1.1 航天器故障案例 132
5.1.2 航天器故障類型 134
5.2 基于滑模觀測(cè)器的航天器有限時(shí)間被動(dòng)容錯(cuò)控制 136
5.2.1 故障影響下的航天器模型建立 136
5.2.2 航天器觀測(cè)器-容錯(cuò)控制器綜合設(shè)計(jì) 138
5.2.3 仿真分析 144
5.3 基于自適應(yīng)策略的主動(dòng)航天器故障診斷與容錯(cuò)控制 146
5.3.1 故障檢測(cè)策略 147
5.3.2 故障重構(gòu)觀測(cè)器設(shè)計(jì) 149
5.3.3 容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì) 151
5.3.4 仿真分析 152
5.4 基于滑模增廣系統(tǒng)的故障診斷-容錯(cuò)控制一體化設(shè)計(jì) 154
5.4.1 面向一體化設(shè)計(jì)的航天器增廣系統(tǒng)模型建立 155
5.4.2 故障估計(jì)器與容錯(cuò)控制器一體化設(shè)計(jì) 158
5.4.3 仿真分析 163
5.5 小結(jié) 166
參考文獻(xiàn) 167
第6章 微小衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型優(yōu)化及姿態(tài)同步控制 168
6.1 衛(wèi)星編隊(duì)合成孔徑成像控制方案 168
6.1.1 空間圓編隊(duì)成像控制方案 170
6.1.2 水平圓編隊(duì)成像控制方案 174
6.2 衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型優(yōu)化與控制 176
6.2.1 衛(wèi)星編隊(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型 176
6.2.2 衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型優(yōu)化 179
6.2.3 衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型控制 186
6.3 衛(wèi)星編隊(duì)姿態(tài)控制 193
6.3.1 衛(wèi)星編隊(duì)模型及問(wèn)題描述 193
6.3.2 自適應(yīng)有限時(shí)間分布式觀測(cè)器設(shè)計(jì) 195
6.3.3 姿態(tài)同步控制器設(shè)計(jì) 199
6.3.4 仿真分析 205
6.4 小結(jié) 210
參考文獻(xiàn) 210
第7章 分布式虛擬實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 212
7.1 分布式虛擬實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)總體方案 212
7.1.1 仿真平臺(tái)需求分析 212
7.1.2 仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 214
7.1.3 仿真平臺(tái)軟件開發(fā)環(huán)境 216
7.2 主控軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 217
7.2.1 仿真平臺(tái)主控軟件總體架構(gòu)設(shè)計(jì) 217
7.2.2 主控軟件設(shè)計(jì)模式 218
7.2.3 主控軟件用戶界面開發(fā) 219
7.2.4 基于xPC API的實(shí)時(shí)仿真模塊開發(fā) 221
7.2.5 基于Socket和Protobuf的網(wǎng)絡(luò)通信模塊開發(fā) 224
7.2.6 基于MySQL的數(shù)據(jù)管理模塊開發(fā) 230
7.2.7 基于9030控制卡的轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)模塊開發(fā) 232
7.3 視景軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 235
7.3.1 視景軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 235
7.3.2 航天器虛擬場(chǎng)景搭建 236
7.3.3 場(chǎng)景運(yùn)行邏輯開發(fā) 239
7.3.4 基于UGUI的圖形用戶界面開發(fā) 242
7.4 人機(jī)交互設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 244
7.4.1 仿真平臺(tái)人機(jī)交互架構(gòu) 244
7.4.2 語(yǔ)音交互模塊開發(fā) 244
7.4.3 虛擬現(xiàn)實(shí)交互模塊 248
7.5 航天器虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 249
7.5.1 仿真平臺(tái)搭建 249
7.5.2 仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析 250
7.6 小結(jié) 255
前言
第1章 緒論 1
1.1 航天器基本概念 1
1.2 航天器研究進(jìn)展 6
1.2.1 國(guó)內(nèi)外典型航天器發(fā)展現(xiàn)狀 6
1.2.2 復(fù)雜航天器姿態(tài)控制 14
1.2.3 航天器故障診斷與容錯(cuò)控制 18
1.2.4 航天器編隊(duì)控制 20
1.2.5 航天器仿真平臺(tái) 22
1.3 航天器控制難點(diǎn)問(wèn)題 23
1.4 特點(diǎn)和內(nèi)容安排 26
1.5 小結(jié) 27
參考文獻(xiàn) 27
第2章 復(fù)雜航天器模型 35
2.1 航天器運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 35
2.1.1 坐標(biāo)系 36
2.1.2 姿態(tài)數(shù)學(xué)模型描述 36
2.2 航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型 39
2.2.1 剛體航天器動(dòng)力學(xué)模型 40
2.2.2 剛?cè)岷教炱鲃?dòng)力學(xué)模型 40
2.2.3 剛液航天器動(dòng)力學(xué)模型 51
2.2.4 剛-柔-液復(fù)雜航天器動(dòng)力學(xué)模型 58
2.3 小結(jié) 60
參考文獻(xiàn) 61
第3章 復(fù)雜航天器姿態(tài)穩(wěn)定控制 62
3.1 輸入成形器方法概述 62
3.1.1 輸入成形器基本原理 62
3.1.2 幾種典型的輸入成形器 64
3.2 基于輸入成形器的姿態(tài)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì) 70
3.2.1 FR輸入成形器設(shè)計(jì) 71
3.2.2 姿態(tài)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì) 74
3.2.3 仿真分析 78
3.3 基于阻尼反饋的姿態(tài)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì) 83
3.3.1 干擾觀測(cè)器與柔性振動(dòng)觀測(cè)器設(shè)計(jì) 83
3.3.2 姿態(tài)穩(wěn)定控制器設(shè)計(jì) 87
3.3.3 仿真分析 91
3.4 小結(jié) 96
參考文獻(xiàn) 96
第4章 復(fù)雜航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡優(yōu)化與穩(wěn)定跟蹤控制 98
4.1 航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡優(yōu)化 98
4.1.1 姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)與穩(wěn)定跟蹤控制總體框架 98
4.1.2 姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)多目標(biāo)多約束條件建立 99
4.1.3 基于Gauss偽譜法的姿態(tài)機(jī)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì) 104
4.2 有限時(shí)間姿態(tài)角速度估計(jì) 107
4.2.1 有限時(shí)間狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì) 108
4.2.2 角速度求解 111
4.3 航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)穩(wěn)定跟蹤控制 112
4.3.1 面向控制建模 112
4.3.2 姿態(tài)機(jī)動(dòng)穩(wěn)定跟蹤控制器設(shè)計(jì) 114
4.3.3 仿真分析 122
4.4 小結(jié) 131
參考文獻(xiàn) 131
第5章 航天器故障診斷與容錯(cuò)控制 132
5.1 航天器故障概述 132
5.1.1 航天器故障案例 132
5.1.2 航天器故障類型 134
5.2 基于滑模觀測(cè)器的航天器有限時(shí)間被動(dòng)容錯(cuò)控制 136
5.2.1 故障影響下的航天器模型建立 136
5.2.2 航天器觀測(cè)器-容錯(cuò)控制器綜合設(shè)計(jì) 138
5.2.3 仿真分析 144
5.3 基于自適應(yīng)策略的主動(dòng)航天器故障診斷與容錯(cuò)控制 146
5.3.1 故障檢測(cè)策略 147
5.3.2 故障重構(gòu)觀測(cè)器設(shè)計(jì) 149
5.3.3 容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì) 151
5.3.4 仿真分析 152
5.4 基于滑模增廣系統(tǒng)的故障診斷-容錯(cuò)控制一體化設(shè)計(jì) 154
5.4.1 面向一體化設(shè)計(jì)的航天器增廣系統(tǒng)模型建立 155
5.4.2 故障估計(jì)器與容錯(cuò)控制器一體化設(shè)計(jì) 158
5.4.3 仿真分析 163
5.5 小結(jié) 166
參考文獻(xiàn) 167
第6章 微小衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型優(yōu)化及姿態(tài)同步控制 168
6.1 衛(wèi)星編隊(duì)合成孔徑成像控制方案 168
6.1.1 空間圓編隊(duì)成像控制方案 170
6.1.2 水平圓編隊(duì)成像控制方案 174
6.2 衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型優(yōu)化與控制 176
6.2.1 衛(wèi)星編隊(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型 176
6.2.2 衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型優(yōu)化 179
6.2.3 衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型控制 186
6.3 衛(wèi)星編隊(duì)姿態(tài)控制 193
6.3.1 衛(wèi)星編隊(duì)模型及問(wèn)題描述 193
6.3.2 自適應(yīng)有限時(shí)間分布式觀測(cè)器設(shè)計(jì) 195
6.3.3 姿態(tài)同步控制器設(shè)計(jì) 199
6.3.4 仿真分析 205
6.4 小結(jié) 210
參考文獻(xiàn) 210
第7章 分布式虛擬實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 212
7.1 分布式虛擬實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)總體方案 212
7.1.1 仿真平臺(tái)需求分析 212
7.1.2 仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 214
7.1.3 仿真平臺(tái)軟件開發(fā)環(huán)境 216
7.2 主控軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 217
7.2.1 仿真平臺(tái)主控軟件總體架構(gòu)設(shè)計(jì) 217
7.2.2 主控軟件設(shè)計(jì)模式 218
7.2.3 主控軟件用戶界面開發(fā) 219
7.2.4 基于xPC API的實(shí)時(shí)仿真模塊開發(fā) 221
7.2.5 基于Socket和Protobuf的網(wǎng)絡(luò)通信模塊開發(fā) 224
7.2.6 基于MySQL的數(shù)據(jù)管理模塊開發(fā) 230
7.2.7 基于9030控制卡的轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)模塊開發(fā) 232
7.3 視景軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 235
7.3.1 視景軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 235
7.3.2 航天器虛擬場(chǎng)景搭建 236
7.3.3 場(chǎng)景運(yùn)行邏輯開發(fā) 239
7.3.4 基于UGUI的圖形用戶界面開發(fā) 242
7.4 人機(jī)交互設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 244
7.4.1 仿真平臺(tái)人機(jī)交互架構(gòu) 244
7.4.2 語(yǔ)音交互模塊開發(fā) 244
7.4.3 虛擬現(xiàn)實(shí)交互模塊 248
7.5 航天器虛擬仿真系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 249
7.5.1 仿真平臺(tái)搭建 249
7.5.2 仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析 250
7.6 小結(jié) 255
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航天器魯棒安全飛行控制 節(jié)選
第1章緒論 在世界上**顆航天器(spacecraft)“斯普特尼克一號(hào)”發(fā)射成功后，航天器在近幾十年得到了巨大的發(fā)展。航天器的出現(xiàn)使人類的活動(dòng)范圍從地球大氣層擴(kuò)大到宇宙空間，在國(guó)家安全、通信、技術(shù)進(jìn)步、環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)、減災(zāi)救災(zāi)等方面均發(fā)揮了重要的作用，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生活產(chǎn)生了重大影響。 飛行控制系統(tǒng)是航天器的重要組成部分之一，是航天器安全飛行、完成航天任務(wù)的保證。隨著航天需求及科技的不斷發(fā)展，航天器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜、功能越來(lái)越強(qiáng)大(以下稱這樣的航天器為復(fù)雜航天器)，且由于空間環(huán)境復(fù)雜未知，人工干預(yù)能力有限，其發(fā)展與應(yīng)用受到了一定的限制。本章重點(diǎn)列舉世界各國(guó)的典型航天器研究計(jì)劃，全面總結(jié)國(guó)內(nèi)外航天器控制相關(guān)的研究進(jìn)展，并對(duì)影響航天器安全飛行的難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行分析提煉。針對(duì)這些難點(diǎn)問(wèn)題，后續(xù)各章分別提出相應(yīng)的解決思路和措施，并在虛擬實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜航天器安全穩(wěn)定運(yùn)行。 本章主要內(nèi)容安排如下：1.1節(jié)介紹航天器的基本概念；1.2節(jié)總結(jié)航天器的研究進(jìn)展；1.3節(jié)分析航天器的控制難點(diǎn)問(wèn)題；1.4節(jié)介紹本書的特點(diǎn)和內(nèi)容安排；1.5節(jié)對(duì)本章進(jìn)行總結(jié)。 1.1航天器基本概念 航天器是在稠密大氣層外環(huán)繞地球，或在行星際空間、恒星際空間，按照天體力學(xué)規(guī)律運(yùn)行的飛行器。航天器主要分為人造地球衛(wèi)星、載人航天器與深空探測(cè)器三大類，如圖1.1所示，下面分別進(jìn)行介紹。 1.人造地球衛(wèi)星 人造地球衛(wèi)星是指環(huán)繞地球飛行并在空間軌道運(yùn)行一圈以上的無(wú)人航天器，簡(jiǎn)稱人造衛(wèi)星。人造衛(wèi)星是發(fā)射數(shù)量*多、用途*廣、發(fā)展*快的航天器，主要用于科學(xué)探測(cè)與研究、天氣預(yù)報(bào)、土地資源調(diào)查、土地利用、區(qū)域規(guī)劃、通信、跟蹤、導(dǎo)航等各個(gè)領(lǐng)域。人造地球衛(wèi)星主要包括偵察衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、通信衛(wèi)星和導(dǎo)航衛(wèi)星等，如圖1.2所示。 1)偵察衛(wèi)星 偵察衛(wèi)星，又稱“間諜衛(wèi)星”，是用于獲取軍事情報(bào)的軍用衛(wèi)星。偵察衛(wèi)星利用所載的光電遙感器、雷達(dá)或無(wú)線電接收機(jī)等偵察設(shè)備，從軌道上對(duì)目標(biāo)實(shí)施偵察、監(jiān)視或跟蹤，以獲取地面、海洋或空中目標(biāo)輻射、反射或發(fā)射的電磁波信號(hào)，用膠片、磁帶等記錄器將收集的信息存儲(chǔ)于返回艙內(nèi)，在地面回收或通過(guò)無(wú)線電傳輸方式發(fā)送到地面接收站，經(jīng)過(guò)光學(xué)、電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)加工處理，從中提取有價(jià)值的軍事情報(bào)。 2)氣象衛(wèi)星 氣象衛(wèi)星是世界上應(yīng)用*廣的衛(wèi)星之一，是指從太空對(duì)地球及其大氣層進(jìn)行氣象觀測(cè)的人造地球衛(wèi)星。衛(wèi)星所載各種氣象遙感器，接收和測(cè)量地球及其大氣層的可見光、紅外和微波輻射，以及衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)反射的電磁波，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給地面接收站。地面接收站將衛(wèi)星傳來(lái)的電信號(hào)復(fù)原，繪制成各種云層、風(fēng)速/風(fēng)向、地表和海面圖片，再經(jīng)進(jìn)一步處理和計(jì)算，得出各種氣象資料。氣象衛(wèi)星觀測(cè)范圍廣，觀測(cè)次數(shù)多，觀測(cè)時(shí)效快，觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量高，不受自然條件和地域條件限制，它所提供的氣象信息已廣泛應(yīng)用于日常氣象業(yè)務(wù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)、大氣科學(xué)、海洋學(xué)和水文學(xué)的研究。 3)通信衛(wèi)星 通信衛(wèi)星是世界上應(yīng)用*早、*廣的衛(wèi)星之一，是指作為無(wú)線電通信中繼站的人造地球衛(wèi)星。通信衛(wèi)星通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)地面接收站與航天器之間的無(wú)線電通信。通信衛(wèi)星可以傳輸電話、電報(bào)、傳真、數(shù)據(jù)和電視等信息，按軌道的不同分為地球靜止軌道通信衛(wèi)星、大橢圓軌道通信衛(wèi)星、中軌道通信衛(wèi)星和低軌道通信衛(wèi)星。 4)導(dǎo)航衛(wèi)星 導(dǎo)航衛(wèi)星是指從衛(wèi)星上連續(xù)發(fā)射無(wú)線電信號(hào)，為地面、海洋、空中和空間用戶導(dǎo)航定位的人造地球衛(wèi)星。導(dǎo)航衛(wèi)星裝有專用的無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備，用戶接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)來(lái)的無(wú)線電導(dǎo)航信號(hào)，通過(guò)時(shí)間測(cè)距或多普勒測(cè)速分別獲得用戶相對(duì)于衛(wèi)星的距離或距離變化率等導(dǎo)航參數(shù)，并根據(jù)衛(wèi)星發(fā)送的時(shí)間、軌道參數(shù)，求出在定位瞬間衛(wèi)星的實(shí)時(shí)位置坐標(biāo)，從而定出用戶的地理位置坐標(biāo)(二維或三維)和速度矢量分量。 2.載人航天器 載人航天器是在繞地球軌道或外層空間按受控飛行路線運(yùn)行的載人飛行器，主要包括載人飛船、空間站與航天飛機(jī)，如圖1.3所示，下面分別進(jìn)行介紹。 1)載人飛船 載人飛船，又稱宇宙飛船，是指能保障航天員在外層空間生活和工作以執(zhí)行航天任務(wù)并返回地面的航天器。載人飛船可以獨(dú)立進(jìn)行航天活動(dòng)，也可用作往返于地面和空間站之間的“渡船”，還能與空間站或其他航天器對(duì)接后進(jìn)行聯(lián)合飛行。載人飛船容積較小，受到所載消耗性物質(zhì)數(shù)量的限制，不具備再補(bǔ)給的能力，而且不能重復(fù)使用。 2)空間站 空間站又稱太空站、航天站，是一種在近地軌道長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、可供多名航天員巡訪、長(zhǎng)期工作和生活的載人航天器。空間站分為單模塊空間站和多模塊空間站兩種。單模塊空間站可由航天運(yùn)載器一次發(fā)射入軌，多模塊空間站則由航天運(yùn)載器分批將各模塊送入軌道，在太空中將各模塊組裝而成。在空間站中要有人能夠生活的一切設(shè)施，空間站不具備返回地球的能力，宇航員通過(guò)航天飛機(jī)或載人飛船返回。 3)航天飛機(jī) 航天飛機(jī)是一種載人往返于近地軌道和地面間的有人駕駛、可重復(fù)使用的運(yùn)載工具。它既能像運(yùn)載火箭那樣垂直起飛，又能像飛機(jī)那樣在返回大氣層后在機(jī)場(chǎng)著陸。航天飛機(jī)由軌道器、外儲(chǔ)箱和固體助推器組成。航天飛機(jī)為人類自由進(jìn)出太空提供了很好的工具，是航天史上的一個(gè)重要里程碑。 3.深空探測(cè)器 深空探測(cè)器又稱空間探測(cè)器或宇宙探測(cè)器，是指對(duì)月球和月球以外的天體及空間進(jìn)行探測(cè)的無(wú)人航天器，是深空探測(cè)的主要工具。深空探測(cè)器裝載科學(xué)探測(cè)儀器，由運(yùn)載火箭送入太空，飛近月球或行星進(jìn)行近距離觀測(cè)，著陸進(jìn)行實(shí)地考察，或采集樣品進(jìn)行研究分析。深空探測(cè)器按探測(cè)的對(duì)象劃分為月球探測(cè)器、行星和行星際探測(cè)器與小天體探測(cè)器等，典型深空探測(cè)器如圖1.4所示。 1)月球探測(cè)器 月球探測(cè)器是對(duì)月球和近月空間探測(cè)的宇宙飛行器，分為無(wú)人探測(cè)和載人探測(cè)兩個(gè)階段。迄今，人類已經(jīng)向月球發(fā)射過(guò)幾十顆探測(cè)器。月球探測(cè)器主要有電視攝像機(jī)、無(wú)線電通信設(shè)備、月巖采集器、月球車等。探測(cè)方式有飛近月球拍照，將探測(cè)器直接撞擊月巖，繞月拍攝月球背面照片，在著陸月面之前啟動(dòng)探測(cè)器上的逆向火箭，使探測(cè)器緩慢軟著陸，軟著陸后探測(cè)器仍然可以繼續(xù)探測(cè)；圍繞月球軌道環(huán)行，對(duì)月球拍攝特寫鏡頭；利用月球車對(duì)月面進(jìn)行考察和在月面做科學(xué)實(shí)驗(yàn)。 2)行星和行星際探測(cè)器 行星和行星際探測(cè)器是對(duì)太陽(yáng)系內(nèi)各行星進(jìn)行探測(cè)的無(wú)人航天器。20世紀(jì)60年代初期美國(guó)和蘇聯(lián)發(fā)射了多顆行星和行星際探測(cè)器，分別探測(cè)了金星、火星、水星、木星和土星以及行星際空間。自蘇聯(lián)1957年10月4日發(fā)射世界上**顆人造地球衛(wèi)星以后，人類即開始對(duì)行星及行星際的探測(cè)，獲得了大量的探測(cè)信息，增加了人類對(duì)太陽(yáng)系中各行星和行星際空間的認(rèn)識(shí)，探測(cè)*多的是火星和金星，尤其是火星。 3)小天體探測(cè)器 小天體探測(cè)器主要用于探測(cè)太陽(yáng)系內(nèi)的小行星與彗星。近年來(lái)，小天體探測(cè)器備受關(guān)注，不僅僅因?yàn)槟承┬⌒行桥c彗星存在撞擊地球的危險(xiǎn)，而且由于它們的演化程度小，較多地保留了早期演化的遺跡，可以為探測(cè)太陽(yáng)系起源演化提供重要線索，還有可能成為人類未來(lái)開發(fā)利用的資源寶庫(kù)。 航天器是人類進(jìn)行太空活動(dòng)、探索宇宙、執(zhí)行空間任務(wù)的載體。自**顆人造地球衛(wèi)星成功發(fā)射以來(lái)，航天技術(shù)呈現(xiàn)出雨后春筍般的發(fā)展態(tài)勢(shì)，極大而深刻地影響了人們生活的諸多方面。但是，隨著航天器技術(shù)的迅速發(fā)展與形式的多樣化，其功能與構(gòu)造日趨復(fù)雜[4，5]，技術(shù)需求不斷發(fā)展，所涉及的研究領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，航天器在帶來(lái)巨大優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也將伴隨著前所未有的技術(shù)挑戰(zhàn)，1.2節(jié)將分別介紹各國(guó)研究進(jìn)展。 1.2 航天器研究進(jìn)展 航天器是21世紀(jì)世界航空航天事業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要方向，在未來(lái)的軍事、政治和經(jīng)濟(jì)中將發(fā)揮重要的戰(zhàn)略作用。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，美國(guó)、蘇聯(lián)(俄羅斯)、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、中國(guó)等國(guó)家都在進(jìn)行這方面的研究，使得航天器得到了巨大發(fā)展，下面從人造地球衛(wèi)星、載人航天器與深空探測(cè)器三類介紹各國(guó)研究進(jìn)展。 1.2.1國(guó)內(nèi)外典型航天器發(fā)展現(xiàn)狀 1.人造地球衛(wèi)星 1)美國(guó) 美國(guó)是世界上較早開展航天器研究的國(guó)家，活動(dòng)規(guī)模和技術(shù)水平居世界前列，其發(fā)射的偵察衛(wèi)星、探測(cè)衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、載人飛船等具有較高的技術(shù)水平。以下介紹幾種美國(guó)發(fā)射的典型的人造地球衛(wèi)星。 (1)“探險(xiǎn)者1號(hào)”衛(wèi)星。 1958年2月1日，“探險(xiǎn)者1號(hào)”衛(wèi)星由“丘諾1號(hào)”運(yùn)載火箭搭載在卡納維拉爾角發(fā)射場(chǎng)LC-26發(fā)射臺(tái)發(fā)射，是美國(guó)發(fā)射成功的**顆人造地球衛(wèi)星。“探險(xiǎn)者1號(hào)”主要用于探測(cè)地球大氣層和電離層，測(cè)量地球高空磁場(chǎng)、太陽(yáng)輻射、太陽(yáng)風(fēng)，以及用于研究日地關(guān)系、探測(cè)和研究宇宙線及激流星體、測(cè)定地球形狀和地球引力場(chǎng)。“探險(xiǎn)者1號(hào)”所攜帶的攝像機(jī)使人們有史以來(lái)**次完整地看見自己所居住的星球。 (2)全球定位系統(tǒng)(globalpositioningsystem，GPS)衛(wèi)星。 20世紀(jì)70年代，美國(guó)陸海空三軍聯(lián)合研制了新一代GPS，主要目的是為陸海空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)搜集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通信等，經(jīng)過(guò)二十余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元。GPS是一種具有全方位、全天候、全時(shí)段、高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時(shí)等導(dǎo)航信息，它極大地提高了地球社會(huì)的信息化水平，有力地推動(dòng)了數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 (3)“雪貂-D”近地軌道衛(wèi)星星座。 1988年9月由“大力神”火箭首次發(fā)射新型“雪貂-D”近地軌道衛(wèi)星星座，它是一種多面體反光衛(wèi)星，由6顆衛(wèi)星組成，各軌道面彼此間隔60°。這些衛(wèi)星除裝有電子偵察接收機(jī)，還裝有一臺(tái)紅外探測(cè)器作為輔助遙感器。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間，在軌的2顆“大酒瓶”衛(wèi)星、l顆“漩渦”電子偵察衛(wèi)星和“雪貂-D”電子偵察
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