航天器系统仿真

引言 1

第一部分 基于仿真的系统开发 5

第1章 航天飞行中的复杂系统 5

第2章 系统工程中的系统仿真 13

2.1航天器开发过程 13

2.2系统控制及建模 15

2.3算法、软硬件开发及验证 17

2.4功能系统的确认 19

第3章 系统分析与验证仿真工具 22

3.1系统设计工具 24

3.1.1系统初步设计工具和概念 24

3.1.2 B阶段的功能系统分析工具 27

3.2系统验证工具 30

3.2.1功能验证平台 32

3.2.2软件验证工具 33

3.2.3混合动力系统测试平台 38

3.2.4电气功能模型 41

3.2.5面向操作的航天器模拟器 44

3.3基础设施的发展历程 45

第4章 部件平台组件 48

4.1控制台 48

4.2测试程序编辑器和编译程序 54

4.3专用检测设备 54

4.4模拟器前端设备 60

4.5航天器模拟器 63

4.6设备与系统模型 65

第5章 航天器功能建模 68

5.1功能仿真概念 68

5.2姿态、轨道和弹道建模 71

5.3结构力学概述 73

5.4热力学基础 73

5.5设备建模 74

第二部分 模拟器技术 97

第6章 系统仿真的数值基础 97

6.1数值方法介绍 97

6.2变换函数及系统组件建模 98

6.3时间响应组件 99

6.4平衡方程 101

6.4.1流体系统方程组 101

6.4.2航天器动力学方程组 104

6.4.3航天器电气学方程组 105

6.5偏微分方程的分类 105

6.6偏微分方程到常微分方程的转换 106

6.7数值积分方法 108

6.8积分方法在系统级的应用 113

6.9系统建模的边界值问题 120

6.10边界值问题求根方法 124

6.11控制工程中的数值计算 126

6.11.1数学构建模块及其向RPN的转换 126

6.11.2系统状态方程组的线性化 129

6.11.3微分线性化算法 130

6.12刚性DEQ系统的半隐式方法 131

第7章 实时仿真概述 137

7.1时间定义 137

7.2时间同步 138

7.3模拟器时间建模 140

7.4实时并行处理 143

第8章 面向对象的模拟器结构及系统模型 146

8.1模拟器软件设计的目标 146

8.2模型驱动架构 148

8.3实现技术——编程语言 150

8.4实现技术——统一建模语言 151

8.4.1基于UML的代码生成 158

8.4.2基于UML的模拟器内核设计 161

8.4.3基于UML的航天器设备模型设计 162

8.5实现技术——可扩展标记语言 165

8.6实现技术——建模框架 172

8.7从模型规范到仿真运行 174

8.7.1通过设备文档定义模块 174

8.7.2应用实例——光纤陀螺仪 176

8.7.3设备模型规范的撰写 177

8.7.4将模型规范转换为UML格式 179

8.7.5代码生成及测试 181

8.7.6模型集成 184

8.7.7仿真运行的配置文件 186

8.7.8仿真运行 190

第9章 标准化模拟器开发 192

9.1软件工程标准概述 192

9.2基于关键度的软件分类 195

9.3软件标准的应用实例 196

9.4航天器系统开发中的关键路径 206

9.5测试平台配置控制与OBSW和TM / TC 209

9.6测试平台的开发 211

9.7工程经验与教训 212

第10章 系统工程基础设施中的仿真工具 213

10.1系统建模语言 214

10.2系统工程基础设施 220

10.3工程工具间的数据交换标准 224

第三部分 先进技术 231

第11章 面向服务的模拟器核心架构 231

11.1 SOA模拟器初始化的实现 233

11.2 SOA内核数值的实现 236

11.3计算与功能分配的范型 238

第12章 全程开发阶段的一致建模技术 239

12.1交互阶段设计基础设施及要求 240

12.2跨阶段模拟基础设施与工程学步骤 244

第13章 基于知识的仿真应用 251

13.1基于规则处理的信息建模 252

13.2系统行为的知识积累 254

13.3知识处理器与模拟/真实系统的耦合 254

13.4专家系统的用户培训应用 266

13.5实现技术：作为事实过滤器的规则 267

第14章 自主系统仿真 271

14.1传统的星载软件功能测试 272

14.2故障管理功能测试 273

14.3高级系统自主性测试 273

14.4自主性的实现 275

14.4.1改进技术—星载软/硬件（SW/HW） 276

14.4.2改进技术—任务优化 277

14.4.3使能技术—深空探测器的自主OBSW 281

缩略词表 284

变量和符号 290

参考文献 292