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基于功能链的导航卫星系统工程
作者：林宝军 著
出版社：科学出版社
出版时间：2021-01-01
ISBN：9787030668974
定价：¥248.00
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内容简介
作者从事载人航天工程建设15年后，又作为中国科学院导航卫星系统总设计师从事北斗三号系统建设10年。《基于功能链的导航卫星系统工程》是作者近25年航天工程研究及实践经验的总结。区别于以往分系统的概念，《基于功能链的导航卫星系统工程》提出了功能链设计理念，在简化系统结构、提高功能密度以及大幅度降低成本的同时，提高了系统的固有可靠性。针对北斗三号研制初期面临的诸多技术瓶颈和关键技术，以及如何处理新技术和风险的关系，如何提高长寿命、高可靠产品的持续先进性等问题，《基于功能链的导航卫星系统工程》提出并实践了基于创新和目标驱动的卫星系统工程方法。百余人的卫星总体团队，采用框架面板结构等创新技术研发了中国科学院“启明”专用导航卫星平台，在包括试验卫星首发星在内的2颗试验卫星和10颗全球组网卫星的北斗三号工程研制和工程实践中发挥了重要作用。
作者简介
暂缺《基于功能链的导航卫星系统工程》作者简介
目录
目录
前言
第1篇 基于功能链设计理念的卫星总体设计及实践
第1章 绪论 3
1.1 引言 3
1.1.1 卫星导航的原理 3
1.1.2导航卫星的空间环境特点 4
1.2 国外导航卫星发展概况 13
1.2.1 GPS导航卫星 13
1.2.2 GLONASS导航卫星 15
1.2.3 Galileo导航卫星 16
1.3 国内导航卫星发展概况 18
1.3.1 概述 18
1.3.2 北斗一号系统 19
1.3.3 北斗二号系统 19
1.3.4 北斗三号系统 20
第2章 基于功能链设计理念的卫星总体设计方法 22
2.1 概述 22
2.2 功能链的基本思想 22
2.3 结构热功能链 24
2.4 控制功能链 25
2.5 电子学功能链 26
2.6 载荷功能链 27
第3章导航卫星系统总体方案 29
3.1导航卫星总体任务和功能 29
3.2 总体技术指标 29
3.3 设计基本约束 31
3.4 系统总体方案 31
3.4.1 结构热功能链 33
3.4.2 控制功能链 33
3.4.3 电子学功能链 33
3.4.4 载荷功能链 34
3.5 卫星构型及飞行方式 35
3.6 整星工作模式 35
3.7 整星信息流 36
3.7.1 星地/星间信息流 36
3.7.2 载荷与平台之间的信息流 37
3.7.3 平台内部信息流 37
3.8 卫星设计状态小结 38
第4章 载荷功能链设计 40
4.1导航载荷设计 40
4.1.1 概述 40
4.1.2 任务分析和方案选择 40
4.1.3 任务、功能及指标 41
4.1.4 组成与配套 42
4.1.5 工作原理及技术方案 42
4.2 自主运行载荷设计 54
4.2.1 系统配套 54
4.2.2 组成和原理 54
4.2.3 自主运行单元设计 55
4.2.4 星间链路载荷设计 55
4.3 技术试验专项设计 57
4.3.1 专项管理终端设计 58
4.3.2 应急测控数传一体机设计 59
第5章 结构热功能链设计 62
5.1 任务、功能和设计原则 62
5.1.1 任务和功能 62
5.1.2 设计原则 62
5.2 构型布局 63
5.3 结构设计 67
5.3.1 结构总体方案 68
5.3.2 主结构设计 69
5.3.3 结构仿真分析 72
5.3.4 小结 77
5.4 热设计 77
5.4.1 通用设计 78
5.4.2 原子钟板热设计 79
5.4.3 星载相控阵天线与卫星一体化热设计 82
5.4.4 直接入轨热控方案设计 86
第6章 控制功能链设计 90
6.1 概述 90
6.2 任务分析和方案选择 90
6.2.1 设计理念 90
6.2.2 设计思路 91
6.2.3 姿态轨道控制策略 96
6.3 基本算法和软件模型 98
6.3.1 时间系统 98
6.3.2 坐标系统 101
6.3.3 动力学建模 104
6.4 任务、功能及指标 119
6.4.1 任务和功能 119
6.4.2 主要技术指标 120
6.5 组成和配套 120
6.6 工作原理及技术方案 121
6.6.1 工作原理 121
6.6.2 工作模式设计 121
6.6.3 单机安装设计 124
6.6.4 高可靠性及轻量化设计方案 125
6.6.5 自主运行设计 126
6.6.6 软件设计 127
6.7 敏感器和执行器选型以及配置 129
6.7.1 敏感器 130
6.7.2 执行器 137
6.8 轨道预报和控制 143
6.8.1 轨道预报 143
6.8.2 轨道控制 153
6.9 姿态确定和控制 157
6.9.1 姿态确定 157
6.9.2 姿态控制 161
6.10 太阳帆板控制 167
6.10.1 帆板展开控制 167
6.10.2 SADA 加电控制 167
6.10.3 故障诊断与处理 167
6.10.4 帆板自主控制 167
6.11 地面仿真测试系统 168
6.11.1 半物理仿真系统 168
6.11.2 整星集成测试系统 171
6.12 小结 172
第7章 电子学功能链设计 173
7.1 概述 173
7.2 电子学构架及总体考虑 174
7.2.1 体系架构比较 174
7.2.2 数据总线的比较 176
7.2.3 电子学体系架构设计 177
7.3 能源设计 178
7.3.1 任务分析和方案选择 178
7.3.2 任务、功能及指标 181
7.3.3 组成与配套 182
7.3.4 工作原理 186
7.4 星务设计 187
7.4.1 任务分析和方案选择 187
7.4.2 任务、功能及指标 188
7.4.3 组成与配套 190
7.4.4 工作原理及技术方案 190
7.5 测控设计 200
7.5.1 任务分析和方案选择 200
7.5.2 任务、功能及指标 201
7.5.3 组成与配套 202
7.5.4 工作原理及技术方案 204
7.6 总体电路设计 205
7.6.1 任务分析和方案选择 205
7.6.2 任务、功能及指标 207
7.6.3 组成与配套 207
7.6.4 工作原理 208
7.7 卫星常用控制驱动等专项电路 216
7.7.1 磁力矩器、电机等需要正反向控制的功率驱动电路 216
7.7.2 加热器驱动控制电路 217
7.7.3 SADA驱动及与帆板的电缆连接 217
7.7.4 火工品驱动及电源状态遥测电路 218
7.7.5 星表保护插头设计 219
7.7.6 辅母线转换电路 220
7.7.7 推进驱动控制设计 223
7.7.8 反作用轮力矩控制 224
7.8 常用接口参考电路 225
7.8.1 供电相关接口电路 225
7.8.2 指令输出接口电路 227
7.8.3 指令接收接口电路 229
7.8.4 模拟量遥测接口电路 231
7.8.5 双向通信接口 235
7.8.6 DC/DC使用注意事项 244
第2篇 基于创新和目标驱动的卫星系统工程方法及实践
第8章 基于创新和目标驱动的卫星系统工程方法 249
8.1 概述 249
8.2 基于创新的卫星系统工程方法 250
8.2.1 创新与目标和风险的关系以及方法的内涵 250
8.2.2 创新目标的选择方法和途径以及传统技术途径的局限 252
8.2.3 长板理论和在轨赋能适用于长寿命高可靠卫星 253
8.2.4 采用成熟的工艺/产品是创新产品成功的前提和保证 254
8.2.5 底线思维降低风险 255
8.2.6 关键项目识别方法-失效树分析 256
8.2.7 薄弱环节识别和强化试验尽早暴露风险 262
8.2.8 通过试验的覆盖性、充分性、有效性化解风险 263
8.3 基于目标驱动的系统工程方法 264
8.3.1 目标导向的思维方式和设计方法 264
8.3.2 看门狗思维方法化解风险 265
8.4 小结 265
第9章 高可靠性实现 266
9.1 概述 266
9.2 系统级可靠性、长寿命设计 266
9.2.1 整星安全模式设计 267
9.2.2 空间环境防护设计 270
9.2.3 系统级冗余设计 273
9.2.4 长寿命设计 275
9.3导航卫星软件可靠性与安全性设计 278
9.3.1 单粒子防护设计 278
9.3.2 软件重构和信号重构 280
9.4 整星关键项目识别及措施 281
9.5 生产过程可靠性控制 285
9.5.1 孤立导体复查 285
9.5.2 大功率产品平面间隙复查 286
9.5.3 空置管脚接地检查 287
9.6 关键单机可靠性专项试验 287
9.6.1 电子学类单机加速寿命试验 288
9.6.2 大功率无源单机加速寿命试验 288
9.7 可靠性管理 293
9.7.1 不同阶段工作内容 293
9.7.2 管理的策略 296
9.7.3 实现的途径 297
9.8 小结 298
第10章 自主运行及高可用性实现 299
10.1 概述 299
10.2 卫星自主运行设计 300
10.2.1 自主导航 300
10.2.2 平台自主运行 301
10.2.3 自主诊断恢复 301
10.3 平台自主运行 303
10.3.1 自主热控管理 304
10.3.2 自主电源管理 305
10.3.3 SADA自主控制 305
10.3.4 平台轨道外推方案 306
10.3.5 平台时间精度保持 306
10.4 载荷自主运行 308
10.4.1 时频及自主运行时间维持方案 308
10.4.2 星间测量数据传输 309
10.4.3 自主定轨和星历生成 310
10.5 卫星自主故障诊断和恢复 312
10.6 小结 313
第11章 整星总装、测试与试验 314
11.1 概述 314
11.2 卫星总装 314
11.2.1 总装流程 314
11.2.2 总装检测 315
11.2.3 机械支持设备 318
11.3 卫星电性能综合测试 318
11.3.1 测试目的 319
11.3.2 测试技术状态 319
11.3.3 测试内容 321
11.4 卫星大型试验 326
11.4.1 力学环境试验 326
11.4.2 热真空试验 328
11.4.3 整星电磁兼容试验 330
11.5 小结 332
第12章 卫星在轨运行管理 334
12.1 飞行控制 334
12.2 在轨运行管理 335
12.2.1 设计层面-在轨自主运行技术 336
12.2.2 管理层面：在轨管理机制 336
第13章 卫星系统工程管理 342
13.1 基于功能链和目标驱动的系统工程管理方法 342
13.1.1 概述 342
13.1.2 基于功能链的复合矩阵管理模式 343
13.1.3
前言
第1篇 基于功能链设计理念的卫星总体设计及实践
第1章 绪论 3
1.1 引言 3
1.1.1 卫星导航的原理 3
1.1.2导航卫星的空间环境特点 4
1.2 国外导航卫星发展概况 13
1.2.1 GPS导航卫星 13
1.2.2 GLONASS导航卫星 15
1.2.3 Galileo导航卫星 16
1.3 国内导航卫星发展概况 18
1.3.1 概述 18
1.3.2 北斗一号系统 19
1.3.3 北斗二号系统 19
1.3.4 北斗三号系统 20
第2章 基于功能链设计理念的卫星总体设计方法 22
2.1 概述 22
2.2 功能链的基本思想 22
2.3 结构热功能链 24
2.4 控制功能链 25
2.5 电子学功能链 26
2.6 载荷功能链 27
第3章导航卫星系统总体方案 29
3.1导航卫星总体任务和功能 29
3.2 总体技术指标 29
3.3 设计基本约束 31
3.4 系统总体方案 31
3.4.1 结构热功能链 33
3.4.2 控制功能链 33
3.4.3 电子学功能链 33
3.4.4 载荷功能链 34
3.5 卫星构型及飞行方式 35
3.6 整星工作模式 35
3.7 整星信息流 36
3.7.1 星地/星间信息流 36
3.7.2 载荷与平台之间的信息流 37
3.7.3 平台内部信息流 37
3.8 卫星设计状态小结 38
第4章 载荷功能链设计 40
4.1导航载荷设计 40
4.1.1 概述 40
4.1.2 任务分析和方案选择 40
4.1.3 任务、功能及指标 41
4.1.4 组成与配套 42
4.1.5 工作原理及技术方案 42
4.2 自主运行载荷设计 54
4.2.1 系统配套 54
4.2.2 组成和原理 54
4.2.3 自主运行单元设计 55
4.2.4 星间链路载荷设计 55
4.3 技术试验专项设计 57
4.3.1 专项管理终端设计 58
4.3.2 应急测控数传一体机设计 59
第5章 结构热功能链设计 62
5.1 任务、功能和设计原则 62
5.1.1 任务和功能 62
5.1.2 设计原则 62
5.2 构型布局 63
5.3 结构设计 67
5.3.1 结构总体方案 68
5.3.2 主结构设计 69
5.3.3 结构仿真分析 72
5.3.4 小结 77
5.4 热设计 77
5.4.1 通用设计 78
5.4.2 原子钟板热设计 79
5.4.3 星载相控阵天线与卫星一体化热设计 82
5.4.4 直接入轨热控方案设计 86
第6章 控制功能链设计 90
6.1 概述 90
6.2 任务分析和方案选择 90
6.2.1 设计理念 90
6.2.2 设计思路 91
6.2.3 姿态轨道控制策略 96
6.3 基本算法和软件模型 98
6.3.1 时间系统 98
6.3.2 坐标系统 101
6.3.3 动力学建模 104
6.4 任务、功能及指标 119
6.4.1 任务和功能 119
6.4.2 主要技术指标 120
6.5 组成和配套 120
6.6 工作原理及技术方案 121
6.6.1 工作原理 121
6.6.2 工作模式设计 121
6.6.3 单机安装设计 124
6.6.4 高可靠性及轻量化设计方案 125
6.6.5 自主运行设计 126
6.6.6 软件设计 127
6.7 敏感器和执行器选型以及配置 129
6.7.1 敏感器 130
6.7.2 执行器 137
6.8 轨道预报和控制 143
6.8.1 轨道预报 143
6.8.2 轨道控制 153
6.9 姿态确定和控制 157
6.9.1 姿态确定 157
6.9.2 姿态控制 161
6.10 太阳帆板控制 167
6.10.1 帆板展开控制 167
6.10.2 SADA 加电控制 167
6.10.3 故障诊断与处理 167
6.10.4 帆板自主控制 167
6.11 地面仿真测试系统 168
6.11.1 半物理仿真系统 168
6.11.2 整星集成测试系统 171
6.12 小结 172
第7章 电子学功能链设计 173
7.1 概述 173
7.2 电子学构架及总体考虑 174
7.2.1 体系架构比较 174
7.2.2 数据总线的比较 176
7.2.3 电子学体系架构设计 177
7.3 能源设计 178
7.3.1 任务分析和方案选择 178
7.3.2 任务、功能及指标 181
7.3.3 组成与配套 182
7.3.4 工作原理 186
7.4 星务设计 187
7.4.1 任务分析和方案选择 187
7.4.2 任务、功能及指标 188
7.4.3 组成与配套 190
7.4.4 工作原理及技术方案 190
7.5 测控设计 200
7.5.1 任务分析和方案选择 200
7.5.2 任务、功能及指标 201
7.5.3 组成与配套 202
7.5.4 工作原理及技术方案 204
7.6 总体电路设计 205
7.6.1 任务分析和方案选择 205
7.6.2 任务、功能及指标 207
7.6.3 组成与配套 207
7.6.4 工作原理 208
7.7 卫星常用控制驱动等专项电路 216
7.7.1 磁力矩器、电机等需要正反向控制的功率驱动电路 216
7.7.2 加热器驱动控制电路 217
7.7.3 SADA驱动及与帆板的电缆连接 217
7.7.4 火工品驱动及电源状态遥测电路 218
7.7.5 星表保护插头设计 219
7.7.6 辅母线转换电路 220
7.7.7 推进驱动控制设计 223
7.7.8 反作用轮力矩控制 224
7.8 常用接口参考电路 225
7.8.1 供电相关接口电路 225
7.8.2 指令输出接口电路 227
7.8.3 指令接收接口电路 229
7.8.4 模拟量遥测接口电路 231
7.8.5 双向通信接口 235
7.8.6 DC/DC使用注意事项 244
第2篇 基于创新和目标驱动的卫星系统工程方法及实践
第8章 基于创新和目标驱动的卫星系统工程方法 249
8.1 概述 249
8.2 基于创新的卫星系统工程方法 250
8.2.1 创新与目标和风险的关系以及方法的内涵 250
8.2.2 创新目标的选择方法和途径以及传统技术途径的局限 252
8.2.3 长板理论和在轨赋能适用于长寿命高可靠卫星 253
8.2.4 采用成熟的工艺/产品是创新产品成功的前提和保证 254
8.2.5 底线思维降低风险 255
8.2.6 关键项目识别方法-失效树分析 256
8.2.7 薄弱环节识别和强化试验尽早暴露风险 262
8.2.8 通过试验的覆盖性、充分性、有效性化解风险 263
8.3 基于目标驱动的系统工程方法 264
8.3.1 目标导向的思维方式和设计方法 264
8.3.2 看门狗思维方法化解风险 265
8.4 小结 265
第9章 高可靠性实现 266
9.1 概述 266
9.2 系统级可靠性、长寿命设计 266
9.2.1 整星安全模式设计 267
9.2.2 空间环境防护设计 270
9.2.3 系统级冗余设计 273
9.2.4 长寿命设计 275
9.3导航卫星软件可靠性与安全性设计 278
9.3.1 单粒子防护设计 278
9.3.2 软件重构和信号重构 280
9.4 整星关键项目识别及措施 281
9.5 生产过程可靠性控制 285
9.5.1 孤立导体复查 285
9.5.2 大功率产品平面间隙复查 286
9.5.3 空置管脚接地检查 287
9.6 关键单机可靠性专项试验 287
9.6.1 电子学类单机加速寿命试验 288
9.6.2 大功率无源单机加速寿命试验 288
9.7 可靠性管理 293
9.7.1 不同阶段工作内容 293
9.7.2 管理的策略 296
9.7.3 实现的途径 297
9.8 小结 298
第10章 自主运行及高可用性实现 299
10.1 概述 299
10.2 卫星自主运行设计 300
10.2.1 自主导航 300
10.2.2 平台自主运行 301
10.2.3 自主诊断恢复 301
10.3 平台自主运行 303
10.3.1 自主热控管理 304
10.3.2 自主电源管理 305
10.3.3 SADA自主控制 305
10.3.4 平台轨道外推方案 306
10.3.5 平台时间精度保持 306
10.4 载荷自主运行 308
10.4.1 时频及自主运行时间维持方案 308
10.4.2 星间测量数据传输 309
10.4.3 自主定轨和星历生成 310
10.5 卫星自主故障诊断和恢复 312
10.6 小结 313
第11章 整星总装、测试与试验 314
11.1 概述 314
11.2 卫星总装 314
11.2.1 总装流程 314
11.2.2 总装检测 315
11.2.3 机械支持设备 318
11.3 卫星电性能综合测试 318
11.3.1 测试目的 319
11.3.2 测试技术状态 319
11.3.3 测试内容 321
11.4 卫星大型试验 326
11.4.1 力学环境试验 326
11.4.2 热真空试验 328
11.4.3 整星电磁兼容试验 330
11.5 小结 332
第12章 卫星在轨运行管理 334
12.1 飞行控制 334
12.2 在轨运行管理 335
12.2.1 设计层面-在轨自主运行技术 336
12.2.2 管理层面：在轨管理机制 336
第13章 卫星系统工程管理 342
13.1 基于功能链和目标驱动的系统工程管理方法 342
13.1.1 概述 342
13.1.2 基于功能链的复合矩阵管理模式 343
13.1.3
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