《航天器軍事應(yīng)用建模與仿真》是在總結(jié)作者近些年教學(xué)心得和科研成果的基礎(chǔ)上編寫(xiě)的一部學(xué)術(shù)性較強(qiáng)的軍事技術(shù)理論著作。全書(shū)以航天器偵察監(jiān)視、通信中繼、導(dǎo)航定位、導(dǎo)彈預(yù)警、氣象探測(cè)和電子干擾等功能的建模與仿真為核心內(nèi)容,詳細(xì)闡述了航天器的軍事應(yīng)用、仿真結(jié)構(gòu)、仿真流程、數(shù)學(xué)模型以及支持功能仿真的公共基礎(chǔ)模型,系統(tǒng)地介紹了航天器軍事應(yīng)用建模與仿真基礎(chǔ)、航天器組網(wǎng)應(yīng)用和軍事應(yīng)用可視化的建模與仿真、基于STK的航天器軍事應(yīng)用仿真分析等內(nèi)容。
《航天器軍事應(yīng)用建模與仿真》可以作為全軍院校軍事運(yùn)籌學(xué)、軍事航天學(xué)、系統(tǒng)建模與仿真等學(xué)科專(zhuān)業(yè)研究生相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程的教材或教學(xué)參考書(shū),也可作為相關(guān)領(lǐng)域研究人員的參考資料。
信息化條件下的局部戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)踐表明,航天器在戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知、指揮通信、導(dǎo)航支援等方面的應(yīng)用不斷加強(qiáng),在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的地位和作用越來(lái)越重要,從而備受世界各國(guó)關(guān)注,引發(fā)了航天器軍事應(yīng)用研究的熱潮。建模與仿真是認(rèn)識(shí)世界和改造世界的重要手段,目前,已滲透到各學(xué)科和工程技術(shù)領(lǐng)域,如生物領(lǐng)域、航天航空領(lǐng)域、水利工程領(lǐng)域等,在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用研究也得到了廣泛深入的發(fā)展。將建模與仿真用于研究航天器的軍事應(yīng)用,將成為認(rèn)識(shí)、發(fā)現(xiàn)和掌握航天器軍事應(yīng)用規(guī)律的重要方法。
本書(shū)以作戰(zhàn)模擬的基本理論和方法為指導(dǎo),以航天器軍事應(yīng)用仿真為研究對(duì)象,構(gòu)建了航天器軍事應(yīng)用模型體系,建立了航天器軍事應(yīng)用的各種功能模型,并進(jìn)行了航天器軍事應(yīng)用模型的仿真設(shè)計(jì),旨在為航天裝備體系發(fā)展論證、航天器軍事應(yīng)用效能評(píng)估、航天器軍事應(yīng)用方式研究以及航天器軍事應(yīng)用模擬訓(xùn)練提供技術(shù)支撐,為航天器形成作戰(zhàn)能力的探索研究提供支持。
本書(shū)分為12章。第1章、第2章是本書(shū)的基礎(chǔ)部分,介紹航天器軍事應(yīng)用及航天器軍事應(yīng)用建模與仿真的基本思想與方法、模型體系等內(nèi)容;第3章一第10章是本書(shū)的核心部分,介紹航天器偵察、通信中繼、導(dǎo)航定位、導(dǎo)彈預(yù)警、氣象監(jiān)測(cè)和電子干擾等主要軍事應(yīng)用功能的建模與仿真以及支持功能仿真的公共模型和航天器組網(wǎng)應(yīng)用模型;第11章、第12章是本書(shū)的擴(kuò)展部分,介紹航天器軍事應(yīng)用的可視化仿真和基于STK軟件的應(yīng)用仿真分析方法。
本書(shū)由曹裕華、馮書(shū)興設(shè)計(jì)框架,曹裕華、馮書(shū)興、管清波、張玉軍、汪洲和白洪波共同編寫(xiě)。其中,曹裕華負(fù)責(zé)第1章、第3章、第6章,馮書(shū)興負(fù)責(zé)第4章,管清波負(fù)責(zé)第2章、第8章,張玉軍負(fù)責(zé)第5章、第7章、第12章,汪洲負(fù)責(zé)第9章、第10章,白洪波負(fù)責(zé)第11章,全書(shū)由曹裕華、馮書(shū)興負(fù)責(zé)統(tǒng)稿和修改。
本書(shū)是作者在近幾年的教學(xué)心得和科研成果基礎(chǔ)上整理和深化而成的,同時(shí),也參考或直接引用了國(guó)內(nèi)外的有關(guān)文獻(xiàn)。撰寫(xiě)過(guò)程中,得到了領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)家的指導(dǎo)、幫助。軍事科學(xué)院軍事運(yùn)籌分析研究所的江敬灼研究員,裝甲兵工程學(xué)院的郭齊勝教授,裝備指揮技術(shù)學(xué)院的于小紅教授、李智教授認(rèn)真審讀了書(shū)稿,提出了寶貴的修改意見(jiàn)。學(xué)院科研處的王元?dú)J副部長(zhǎng)、學(xué)術(shù)成果處廖育榮處長(zhǎng)、錢(qián)坤參謀、試驗(yàn)指揮系白楊政委和廖學(xué)軍副主任給予了支持和幫助,在此一并表示衷心的感謝。
第1章 航天器軍事應(yīng)用概述
1.1 航天器概述
1.1.1 航天器的組成及功能
1.1.2 航天器的分類(lèi)
1.1.3 航天器的特點(diǎn)
1.2 航天器在現(xiàn)代作戰(zhàn)中的應(yīng)用分類(lèi)
1.2.1 偵察監(jiān)視應(yīng)用
1.2.2 導(dǎo)航定位應(yīng)用
1.2.3 信息傳輸應(yīng)用
1.2.4 導(dǎo)彈預(yù)警應(yīng)用
1.2.5 環(huán)境探測(cè)應(yīng)用
1.2.6 作戰(zhàn)支援應(yīng)用
1.3 航天器在現(xiàn)代作戰(zhàn)中的應(yīng)用特點(diǎn)
1.3.1 每戰(zhàn)必用
1.3.2 最先應(yīng)用
1.3.3 全程應(yīng)用
1.3.4 集中應(yīng)用
1.4 航天器在現(xiàn)代作戰(zhàn)中的地位和作用
1.4.1 發(fā)揮信息化武器裝備效能
1.4.2 構(gòu)建指揮信息系統(tǒng)
1.4.3 實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)單元聯(lián)合
1.4.4 奪取戰(zhàn)場(chǎng)信息優(yōu)勢(shì)
1.4.5 開(kāi)辟新的戰(zhàn)場(chǎng)空間
1.5 航天器軍事應(yīng)用研究的問(wèn)題與方法
1.5.1 航天器軍事應(yīng)用研究的問(wèn)題
1.5.2 航天器軍事應(yīng)用研究的建模與仿真
第2章 航天器軍事應(yīng)用建模與仿真基礎(chǔ)
2.1 航天器軍事應(yīng)用建模與仿真的用途
2.1.1 航天裝備體系發(fā)展論證支持
2.1.2 航天器軍事應(yīng)用戰(zhàn)術(shù)技術(shù)研究
2.1.3 航天器軍事應(yīng)用模擬訓(xùn)練
2.2 航天器軍事應(yīng)用建模思路與方法
2.2.1 建模的基本過(guò)程和方法
2.2.2 概念建模方法
2.2.3 網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)
2.3 航天器軍事應(yīng)用仿真模型體系
2.3.1 模型體系及其設(shè)計(jì)原則
2.3.2 模型體系
2.4 航天器軍事應(yīng)用的仿真方法
2.4.1 蒙特卡洛法
2.4.2 仿真推進(jìn)策略
2.5 航天器軍事應(yīng)用過(guò)程
2.5.1 航天器目標(biāo)偵察監(jiān)視應(yīng)用過(guò)程
2.5.2 航天器導(dǎo)彈預(yù)警應(yīng)用過(guò)程
2.5.3 航天器導(dǎo)航定位應(yīng)用過(guò)程
2.5.4 航天器通信保障應(yīng)用過(guò)程
第3章 航天器軍事應(yīng)用仿真公共模型
3.1 航天器軍事應(yīng)用建;A(chǔ)
3.1.1 坐標(biāo)系
3.1.2 時(shí)間系統(tǒng)
3.1.3 航天器軌道
3.1.4 地心慣性坐標(biāo)系、地心固連坐標(biāo)系和地心軌道坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換
3.2 航天器任意時(shí)刻的方位與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)計(jì)算模型
3.2.1 航天器任意時(shí)刻的真近點(diǎn)角計(jì)算模型
3.2.2 航天器任意時(shí)刻的地心距與軌道速度計(jì)算模型
3.2.3 航天器任意時(shí)刻的位置與速度分量計(jì)算模型
3.2.4 航天器任意時(shí)刻的星下點(diǎn)計(jì)算模型
3.3 航天器任意時(shí)刻地面覆蓋計(jì)算模型
3.3.1 瞬時(shí)覆蓋角和覆蓋區(qū)域計(jì)算模型
3.3.2 航天器最早覆蓋給定地面目標(biāo)的時(shí)間計(jì)算模型
3.3.3 航天器一個(gè)圈次觀測(cè)給定地面目標(biāo)的時(shí)段計(jì)算模型
3.3.4 航天器對(duì)給定地面目標(biāo)的重訪周期計(jì)算模型?
3.4 對(duì)目標(biāo)航天器的可見(jiàn)性判斷計(jì)算模型
3.4.1 地面站對(duì)目標(biāo)航天器的可見(jiàn)性判斷計(jì)算模型
3.4.2 地面站對(duì)目標(biāo)航天器的可見(jiàn)弧段計(jì)算模型
3.4.3 中繼星對(duì)目標(biāo)航天器之間的可視性判斷計(jì)算模型
3.4.4 中繼星對(duì)目標(biāo)航天器之間的可視時(shí)間計(jì)算模型
3.5 航天器軌道機(jī)動(dòng)所需速度增量與時(shí)間計(jì)算模型
3.5.1 霍曼轉(zhuǎn)移
3.5.2 共面圓軌道三沖量雙橢圓轉(zhuǎn)移
3.5.3 共面共拱線橢圓軌道轉(zhuǎn)移
3.5.4 非共面軌道轉(zhuǎn)移
3.5.5 相位調(diào)整
3.5.6 燃料消耗與速度增量的關(guān)系
第4章 航天器偵察功能建模與仿真
4.1 航天器偵察工作原理
4.1.1 光學(xué)成像偵察功能原理
4.1.2 雷達(dá)成像偵察功能原理
4.1.3 電子偵察功能原理
4.1.4 海洋目標(biāo)監(jiān)視功能原理
4.2 航天器偵察功能仿真設(shè)計(jì)
4.2.1 仿真功能分析
4.2.2 仿真模型結(jié)構(gòu)
4.2.3 仿真流程
4.3 航天器偵察功能建模
4.3.1 地面分辨力計(jì)算模型
4.3.2 偵察圖像對(duì)應(yīng)的地面區(qū)域計(jì)算模型
4.3.3 成像影響因素的定量描述模型
4.3.4 發(fā)現(xiàn)與揭示目標(biāo)概率計(jì)算模型
4.3.5 光學(xué)成像定位精度計(jì)算模型
4.3.6 雷達(dá)成像定位精度計(jì)算模型
4.3.7 電磁信號(hào)截獲判斷計(jì)算模型
4.3.8 電子偵察定位精度計(jì)算模型
4.3.9 海洋監(jiān)視衛(wèi)星定位精度計(jì)算模型
4.3.10 偵察信息下傳時(shí)間延遲計(jì)算模型
4.3.11 覆蓋性能指標(biāo)參數(shù)計(jì)算模型
第5章 航天器通信/中繼功能建模與仿真
5.1 航天器通信/中繼功能原理
5.1.1 衛(wèi)星通信功能原理
5.1.2 衛(wèi)星中繼功能原理
5.2 航天器通信/中繼功能仿真設(shè)計(jì)
5.2.1 仿真功能分析
5.2.2 仿真模型結(jié)構(gòu)
5.2.3 仿真流程
5.3 航天器通信/中繼功能建模
5.3.1 星載天線功能模型
5.3.2 電磁波空間傳輸損耗模型
5.3.3 通信鏈路載噪比模型
5.3.4 通信干擾模型
5.3.5 空間通信網(wǎng)絡(luò)模型
第6章 航天器導(dǎo)航定位功能建模與仿真
6.1 航天器導(dǎo)航定位功能原理
6.1.1 GPS/GLONASS導(dǎo)航定位功能原理
6.1.2 雙星定位功能原理
6.2 航天器導(dǎo)航定位功能仿真設(shè)計(jì)
6.2.1 仿真功能分析
6.2.2 仿真模型結(jié)構(gòu)
6.2.3 仿真流程
6.3 航天器導(dǎo)航定位功能建模
6.3.1 全球定位幾何精度系數(shù)計(jì)算模型
6.3.2 雙星定位幾何精度系數(shù)計(jì)算模型
6.3.3 定位星座優(yōu)選模型
6.3.4 用戶(hù)位置確定與計(jì)算模型
6.3.5 用戶(hù)速度確定與計(jì)算模型
6.3.6 導(dǎo)航干擾分析模型
第7章 航天器導(dǎo)彈預(yù)警功能建模與仿真
7.1 航天器導(dǎo)彈預(yù)警功能原理
7.1.1 DSP功能原理
7.1.2 SBIRS功能原理
7.2 航天器導(dǎo)彈預(yù)警功能仿真設(shè)計(jì)
7.2.1 仿真功能分析
7.2.2 仿真模型結(jié)構(gòu)
7.2.3 仿真流程
7.3 航天器導(dǎo)彈預(yù)警功能建模
7.3.1 導(dǎo)彈目標(biāo)發(fā)射模型
7.3.2 高軌衛(wèi)星預(yù)警功能模型
7.3.3 低軌衛(wèi)星跟蹤功能模型
7.3.4 彈道預(yù)報(bào)模型
第8章 航天器氣象監(jiān)測(cè)功能建模與仿真
8.1 航天器氣象監(jiān)測(cè)功能原理
……
第9章 航天器電子干擾功能建模與仿真
第10章 航天器組網(wǎng)應(yīng)用建模與仿真
第11章 航天器軍事應(yīng)用可視化建模與仿真
第12章 基于STK的航天器軍事應(yīng)用仿真分析
附錄 STK術(shù)語(yǔ)表
參考文獻(xiàn)
航天器是在地球大氣層以外的宇宙空間,基本上按照天體力學(xué)的規(guī)律運(yùn)行的各類(lèi)飛行器,又稱(chēng)空間飛行器。世界上第一個(gè)航天器是蘇聯(lián)于1957年10月4日發(fā)射的“人造地球衛(wèi)星”1號(hào),第一個(gè)載人航天器是蘇聯(lián)航天員10.A.加加林乘坐的東方號(hào)飛船,第一個(gè)把人送到月球上的航天器是美國(guó)“阿波羅”11號(hào)飛船,第一個(gè)兼有運(yùn)載火箭、航天器和飛機(jī)特征的航天飛機(jī)是美國(guó)“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)。至今,航天器還都是在太陽(yáng)系內(nèi)運(yùn)行。航天器為了完成航天任務(wù),必須與運(yùn)載器、航天器發(fā)射場(chǎng)和回收設(shè)施、航天測(cè)控和數(shù)據(jù)采集網(wǎng)和用戶(hù)臺(tái)站(網(wǎng))等互相配合、協(xié)調(diào)工作,共同組成航天系統(tǒng)。其中,航天器是執(zhí)行航天任務(wù)的主體,是航天系統(tǒng)的主要組成部分。
1.1.1 航天器的組成及功能
航天器由不同功能的若干分系統(tǒng)(或系統(tǒng))組成,一般分為專(zhuān)用系統(tǒng)和保障系統(tǒng)兩類(lèi)。專(zhuān)用系統(tǒng)又稱(chēng)有效載荷,用于直接執(zhí)行特定的航天任務(wù);保障系統(tǒng)又稱(chēng)通用載荷,用于保障專(zhuān)用系統(tǒng)的正常工作。
各類(lèi)航天器的保障系統(tǒng)往往是相同或類(lèi)似的,其組成結(jié)構(gòu)如圖1-1所示,一般包括以下一些系統(tǒng):
(1)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。用于支承和固定航天器上的各種儀器設(shè)備,使它們構(gòu)成一個(gè)整體,以承受地面運(yùn)輸、運(yùn)載器發(fā)射和空間運(yùn)行時(shí)的各種力學(xué)和空間環(huán)境,其結(jié)構(gòu)形式主要有整體結(jié)構(gòu)、密封艙結(jié)構(gòu)、公用艙結(jié)構(gòu)、載荷艙結(jié)構(gòu)和展開(kāi)結(jié)構(gòu)等。航天器的結(jié)構(gòu)大多采用鋁、鎂、鈦等輕合金和增強(qiáng)纖維復(fù)合材料。
。2)熱控制系統(tǒng)。熱控制系統(tǒng)又稱(chēng)溫度控制系統(tǒng),用來(lái)保障各種儀器設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境中處于允許的溫度范圍內(nèi)。航天器熱控制措施主要有表面處理,包覆多層隔熱材料,以及使用熱控百葉窗、熱管和電加熱器等。