建模與仿真技術(shù)是航天系統(tǒng)設(shè)計和分析的重要方法和手段。第一，航天系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，需要多學(xué)科密切協(xié)同，建模和仿真是實現(xiàn)多學(xué)科協(xié)同和優(yōu)化最有效的手段之一；第二，航天系統(tǒng)研制周期長，實物產(chǎn)品的迭代代價很大，利用建模和仿真技術(shù)可以有效實現(xiàn)方案、初樣階段的設(shè)計迭代和優(yōu)化，起到事半功倍的作用；第三，航天環(huán)境的特殊性使得地面試驗很難完全真實模擬且代價巨大，而且航天產(chǎn)品還具有小子樣特點，建模和仿真可以有效彌補這一不足。因此，在現(xiàn)代航天系統(tǒng)設(shè)計和分析中，全數(shù)字仿真因其低成本、寬口徑、多方案特點愈來愈顯示出其重要性和優(yōu)勢。航天系統(tǒng)的復(fù)雜多樣性、試驗數(shù)據(jù)的長期積累、計算能力的進步等，使其數(shù)學(xué)建模與仿真軟件開發(fā)需求不斷增加，功能也越來越復(fù)雜，需要仿真系統(tǒng)設(shè)計、研發(fā)和使用人員對仿真技術(shù)有與時俱進的理解和訓(xùn)練。
本書對航天工程系統(tǒng)仿真涉及的模型、方法、工具、試驗進行了全面闡述，并給出了豐富的案例，具有許多突出特點：一是鮮明的系統(tǒng)性。本書以航天系統(tǒng)建模仿真為主線，全面講解了航天系統(tǒng)仿真的相關(guān)知識，包括基礎(chǔ)建模、仿真軟硬件到先進仿真技術(shù)等，各章內(nèi)容相互銜接、形成整體。二是突出的實踐性。本書不僅給出了航天系統(tǒng)仿真相關(guān)理論、模型、方法，而且對應(yīng)給出了大量的實例，以及交會對接綜合實例，這對航天仿真理論學(xué)習(xí)和仿真系統(tǒng)建設(shè)具有重要意義。三是良好的推廣性。本書從航天系統(tǒng)仿真理論算法出發(fā)，給出了大量C 實例代碼，這些代碼形成了較為完整的航天仿真算法庫，同時給出了多個完整的仿真原型系統(tǒng)代碼。這些代碼在我國自主開源托管平臺Gitee上進行開源共享，有助于讀者更深入理解航天仿真理論和算法，也可以借助開源共享的力量，不斷提高航天仿真基礎(chǔ)算法庫質(zhì)量和我國航天仿真技術(shù)水平。
作者在載人航天工程系統(tǒng)仿真領(lǐng)域有20余年實踐經(jīng)驗。本書提供了一套完整的航天仿真算法庫，是一本航天任務(wù)仿真方面頗具價值的參考書。本書是作者多年教學(xué)科研經(jīng)驗的結(jié)晶，實現(xiàn)了從理論到實踐的良好貫通，為航天工作者和從事相關(guān)領(lǐng)域研究的學(xué)者、研究人員提供了寶貴的學(xué)習(xí)材料，既可作為航天仿真的快速入門教材，也可將其用作工具書，是一本具有特色的專著。
相信本書的出版發(fā)行，能夠更好地推動仿真技術(shù)服務(wù)我國航天事業(yè)，為我國航天技術(shù)的發(fā)展，為航天強國建設(shè)發(fā)揮積極的作用。
第1章緒論1
1.1航天概述1
1.1.1航天發(fā)展簡史1
1.1.2飛行器分類2
1.2系統(tǒng)仿真概述3
1.2.1從第一范式到第四范式3
1.2.2系統(tǒng)仿真概念4
1.2.3系統(tǒng)仿真分類5
1.2.4航天系統(tǒng)仿真層次8
1.3系統(tǒng)仿真步驟9
1.4航天系統(tǒng)仿真應(yīng)用11
1.4.1何時使用仿真11
1.4.2航天器研制過程12
1.4.3航天器研制需要的仿真工具13
1.5航天系統(tǒng)仿真發(fā)展13
1.5.1美國14
1.5.2歐洲16
1.5.3中國17
1.6航天系統(tǒng)仿真實現(xiàn)18
1.6.1AstroLib航天仿真庫19
1.6.2向量和矩陣19
1.6.3一些技巧20
1.7本書主要內(nèi)容21
參考文獻23
第2章航天系統(tǒng)基礎(chǔ)模型25
2.1系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型分類和形式25
2.1.1系統(tǒng)建模過程和原則25
2.1.2數(shù)學(xué)模型分類27
2.1.3連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型形式30
2.2時間系統(tǒng)31
2.2.1世界時系統(tǒng)31
2.2.2歷書時與動力學(xué)時33
2.2.3原子時系統(tǒng)33
2.2.4時間系統(tǒng)轉(zhuǎn)換34
2.2.5年、歷元與儒略日34
2.3時間類型35
2.3.1年月日時分秒36
2.3.2年日36
2.3.3儒略日37
2.3.4任務(wù)累積時間38
2.3.5天時分秒38
2.4坐標(biāo)系統(tǒng)38
2.4.1基本概念39
2.4.2星際坐標(biāo)系統(tǒng)40
2.4.3地球基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)41
2.4.4航天器基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)44
2.5坐標(biāo)類型47
2.5.1坐標(biāo)類型及仿真實現(xiàn)47
2.5.2坐標(biāo)類型轉(zhuǎn)換及仿真實現(xiàn)51
參考文獻57
第3章航天系統(tǒng)仿真模型58
3.1航天器運動學(xué)參數(shù)58
3.1.1質(zhì)心運動學(xué)參數(shù)58
3.1.2軌道參數(shù)轉(zhuǎn)換63
3.1.3姿態(tài)運動學(xué)參數(shù)65
3.1.4姿態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換72
3.2質(zhì)心動力學(xué)模型82
3.2.1質(zhì)心動力學(xué)82
3.2.2非慣性系中的質(zhì)心動力學(xué)83
3.2.3軌道攝動理論84
3.2.4軌道動力學(xué)仿真實現(xiàn)90
3.3姿態(tài)動力學(xué)模型92
3.3.1姿態(tài)運動學(xué)92
3.3.2姿態(tài)動力學(xué)95
3.3.3空間環(huán)境力矩95
3.3.4姿態(tài)動力學(xué)仿真實現(xiàn)97
3.4空間環(huán)境模型99
3.4.1空間引力場模型99
3.4.2大氣模型103
3.4.3空間磁場模型105
3.4.4星歷模型105
3.4.5空間環(huán)境模型仿真實現(xiàn)110
3.5航天器其他模型112
3.5.1敏感器模型112
3.5.2執(zhí)行機構(gòu)模型118
3.5.3電源相關(guān)模型123
參考文獻125
第4章航天系統(tǒng)仿真方法126
4.1連續(xù)系統(tǒng)數(shù)值積分方法126
4.1.1單步法126
4.1.2多步法134
4.2數(shù)值積分方法和計算步長選擇137
4.2.1誤差和穩(wěn)定性分析137
4.2.2數(shù)值積分方法選擇139
4.2.3計算步長選擇140
4.2.4軌道外推對比分析141
4.3數(shù)值積分方法的仿真實現(xiàn)144
4.3.1右函數(shù)仿真實現(xiàn)144
4.3.2龍格庫塔法仿真實現(xiàn)145
4.4離散事件仿真方法146
4.4.1基本概念146
4.4.2離散事件系統(tǒng)仿真策略148
4.4.3離散事件系統(tǒng)仿真語言154
參考文獻157
第5章航天系統(tǒng)仿真工具158
5.1仿真工具的分類和選擇158
5.1.1仿真工具歷史158
5.1.2仿真工具分類159
5.1.3仿真工具特征161
5.1.4仿真工具選擇162
5.2航天仿真庫AstroLib163
5.2.1AstroLib概述163
5.2.2AstroLib功能164
5.2.3AstroLib對仿真的支持功能167
5.2.4航天器六自由度仿真實例167
5.3Matlab/Simulink175
5.3.1Matlab/Simulink概述175
5.3.2Simulink仿真原理177
5.3.3Matlab/Simulink對仿真的支持功能181
5.3.4航天器六自由度仿真實例184
5.4其他仿真工具188
5.4.1航天開源工具188
5.4.2航天閉源工具197
5.4.3通用仿真工具203
5.4.4統(tǒng)計分析工具205
參考文獻208
第6章航天系統(tǒng)仿真試驗210
6.1蒙特卡洛法210
6.1.1基本思想和步驟210
6.1.2結(jié)果估計212
6.1.3誤差分析212
6.1.4蒙特卡洛法的特點216
6.1.5飛行器渦輪葉片仿真實例216
6.2試驗設(shè)計方法227
6.2.1基本概念228
6.2.2全面試驗法228
6.2.3正交試驗法228
6.2.4均勻試驗法232
6.2.5極限分析法233
6.2.6交會對接仿真試驗設(shè)計實例233
6.3抽樣方法235
6.3.1常用抽樣方法235
6.3.2拉丁超立方抽樣法236
6.4隨機變量產(chǎn)生方法237
6.4.1均勻隨機數(shù)生成237
6.4.2正態(tài)分布隨機變量生成239
6.4.3其他分布隨機變量生成239
6.4.4仿真實現(xiàn)240
6.5方差縮減技術(shù)243
6.5.1公用隨機數(shù)法243
6.5.2對偶變量法244
6.5.3重要采樣法245
書單推薦
