《航天任务分布式视景仿真技术》的作者来自航天、航空、兵器等多个领域的科研单位、高等院校和情报机构,力求书中所述内容系统全面、通俗易懂。
《航天任务分布式视景仿真技术》可供从事航天器总体设计的工程技术人员参考,也可作为高等院校相关领域研究生和本科高年级学生的教学参考书。
《 航天任务分布式视景仿真技术》对航天任务分布式视景仿真技术进行了系统的介绍,包括航天任务分布式视景仿真技术的研究概况、基本理论、关键技术和相关软件,重点对航天任务分布式视景仿真中的数学模型、仿真框架、信息流和时间同步管理等关键技术进行了阐述,同时结合分布式仿真平台和三维视景仿真软件对有关仿真原理和方法进行了说明。
侯建文,1960年6月出生,吉林长春人,本科学历,研究员,1982年毕业于哈尔滨工业大学自动控制专业,现任多个型号卫星总体设计师或技术负责人,总装卫星和控制技术专业组成员,863专家,多个学会的委员等。
第1章 概论
1.1 航天任务仿真的背景
1.2 国内外研究现状
1.3 分布式交互仿真的发展
1.4 视景仿真技术
1.4.1 Creator
1.4.2 Vega Prime
1.5 小结
参考文献
第2章 航天任务仿真技术
2.1 航天任务仿真的发展
2.2 航天任务系统仿真
2.2.1 系统、模型与仿真
2.2.2 仿真的一般过程和步骤
2.3 航天任务系统仿真理论
2.3.1 相似理论
2.3.2 建模方法理论
2.3.3 仿真方法理论
2.3.4 支撑系统技术
2.3.5 应用理论
2.4 系统仿真分类
2.4.1 根据仿真对象的特征分类
2.4.2 根据仿真时间和自然时间的比例关系分类
2.4.3 根据仿真系统的结构和实现手段分类
2.5 系统仿真技术在航天领域的应用
2.6 小结
参考文献
第3章 航天任务仿真的动力学与数学基础
3.1 常用坐标系
3.1.1 地心赤道惯性坐标系
3.1.2 地心赤道旋转坐标系
3.1.3 航天器轨道坐标系
3.1.4 航天器本体坐标系
3.2 航天器动力学基础
3.2.1 轨道动力学
3.2.2 近距离相对轨道动力学
3.2.3 姿态动力学
3.3 典型变轨理论与模型
3.3.1 远距离变轨理论
3.3.2 近距离变轨理论
3.4 卫星星下点与覆盖区计算模型
3.4.1 卫星的星下点轨迹计算
3.4.2 地面覆盖区数学模型
3.5 小结
参考文献
第4章 分布式航天任务仿真框架
4.1 航天任务系统仿真的界定
4.1.1 仿真对象的界定
4.1.2 航天测控系统
4.1.3 航天器系统
4.1.4 航天应用系统
4.1.5 人机交互功能
4.2 航天任务系统仿真框架的组件化分析
4.2.1 航天任务系统仿真框架的组件化
4.2.2 仿真系统的组合方案
4.2.3 组件间的交互数据分析
4.3 航天任务系统仿真框架
4.3.1 数据处理组件
4.3.2 航天任务仿真系统的组成与分类
4.3.3 复合模块
4.4 基于框架的航天任务仿真系统开发流程
4.5 分布式航天任务仿真中的几个问题
4.5.1 逻辑时间系统
4.5.2 物理时间系统
4.5.3 仿真同步
4.6 小结
参考文献
第5章 信息流
5.1 信息流的任务
5.2 确定仿真系统的数据分发机制
5.2.1 维定义
5.2.2 各维的区间划分
5.3 航天任务建模
5.3.1 地面通信
5.3.2 航天器测控
5.3.3 航天器
5.3.4 载荷应用
5.4 联邦对象定义
5.4.1 对象类及其属性
5.4.2 交互类及其参数
5.5 小结
参考文献
第6章 时间同步管理
6.1 时间同步管理的概念与目标
6.1.1 分布式科学仿真对时间管理的需求
6.1.2 时间同步管理的目标
6.2 影响仿真系统推进效率的因素
6.2.1 单进程计算与分布式并行计算的对比
6.2.2 无数据传递的情况
6.2.3 单联邦成员组建仿真系统的情况
6.2.4 影响分布式仿真系统推进效率的主要因素
6.3 航天任务仿真系统的时间同步管理
6.3.1 航天任务仿真系统时间推进的特点
6.3.2 步长自适应推进
6.3.3 事件即时处理
6.3.4 成员推进逻辑
6.4 小结
参考文献
……
自1957年10月4日,苏联在拜科努尔发射场发射第一颗人造地球卫星(Sputnik)以来,世界航天技术经历了半个多世纪的发展,人类已经逐步掌握了进入空间和利用空间的科学理论和工程技术,世界各航天强国也将越来越多的航天任务列入研发计划。航天任务的研发和实施是一项高技术、高风险和高投入的系统工程,只有经过详细设计、分析与论证的航天任务才能达到设定的目标。仿真和试验是人类进行航天技术探索的主要手段,航天技术的特点使得进行试验的代价十分高昂,普遍的方法是通过仿真进行航天新技术的探索和工程设计,这样既节约了成本,也降低了风险。伴随着航天技术的高速发展,仿真技术在世界各国航天任务的研发中多次发挥过重要作用。在我国的航天任务研发中,从预先研究到任务执行,仿真技术也一直受到航天任务各参研单位的高度重视。
航天任务分布式视景仿真是系统仿真技术与航天工程相结合的产物,是以航天器动力学原理、相似原理、系统工程理论、虚拟现实技术、分布式仿真技术及应用领域相关专业技术为基础,以计算机、各种模拟器以及专用设备为工具,利用所建立的航天器系统模型对真实的或假想的航天器系统进行动态演示、分析和研究的一门多学科的综合技术。除了仿真技术所具有的一般性特点之外,航天任务分布式视景仿真还具有运行效率高、可靠性高、可信度高、分析能力强、可视化效果好、展示效果逼真等显著特点,这些特点促使航天任务分布式视景仿真技术成为当今航天任务仿真和未来仿真技术发展的重点和热点,航天任务分布式视景仿真技术也必将在未来世界航天技术的发展中占据重要地位。
本书内容分为7章,深入浅出地介绍了航天任务分布式视景仿真技术的研究概况、基本理论、关键技术和相关软件,重点对航天任务分布式视景仿真中的数学模型、仿真框架、信息流和时间同步管理等关键技术进行了阐述,同时结合分布式仿真平台和三维视景仿真软件对相关仿真原理和方法进行了说明。读者可参考本书利用相关仿真工具软件搭建航天任务分布式视景仿真系统,从而开展更深层次的研究和开发工作。
本书的完成是集体智慧的结晶,本书的作者来自航天、航空、兵器等多个领域的科研单位、高等院校和情报机构,力求本书所述内容系统、全面。支撑本书的除了作者们近几年发表的论文和技术报告(列于各章参考文献中),还有8篇重要的博士学位论文(详见本书附录),在此一并对论文和报告的作者表示感谢。最后,特别感谢航天科技图书出版基金对本书的资助,以及中国宇航出版社为本书出版所做的大量工作。
本书是作者们多年来从事航天工程技术研发的经验总结,内容丰富、全面,具有很强的实用性。限于作者的水平,书中难免有疏漏和不妥之处,敬请广大读者批评指正,不吝赐教。
作者
2013年7月
阅读《航天任务分布式视景仿真技术》的过程中,我仿佛化身为一名航天工程师,与作者一同探索着虚拟与现实的边界。书中对分布式视景仿真技术的演进历程,进行了历史性的回顾,从早期的单机仿真,到如今大规模分布式仿真,每一个阶段的技术突破都凝聚着无数科研人员的心血。作者在书中对仿真系统的性能评估与优化,进行了详尽的阐述,包括如何在高负荷的仿真环境中,保证视景的流畅性和实时性,以及如何通过硬件加速和并行计算等技术,提升仿真效率。我印象特别深刻的是,书中对于“故障注入”和“应急预案演练”的描述,作者详细讲解了如何利用仿真技术,模拟各种突发情况,并帮助宇航员制定有效的应对策略。这对于提高航天任务的成功率和安全性,具有不可估量的价值。书中还探讨了仿真技术在航天任务全生命周期中的应用,从任务规划、设计,到执行、回收,每一个环节都离不开视景仿真的支撑。这本书的价值在于,它不仅仅是一本技术著作,更是一部关于“智慧”的航天篇章,它展示了人类如何通过技术的力量,去理解、去掌控、甚至去创造我们所处的宇宙。
评分《航天任务分布式视景仿真技术》这本书,无疑是一部引领未来航天技术发展的风向标。作者在书中对分布式视景仿真技术的伦理与安全考量,进行了非常前瞻性的思考。从数据隐私的保护,到仿真结果的误导性,再到潜在的滥用风险,每一个问题都得到了严肃的对待。我尤其被书中关于“仿真技术的边界与责任”的章节所启发,它引发了我对于技术发展与社会责任的深刻反思。书中还对仿真系统的标准化与互操作性进行了探讨,旨在构建一个开放、共享、协同的仿真生态系统。作者还强调了仿真技术在公众教育与科普传播中的作用,如何将复杂的航天知识,通过生动逼真的视景仿真,传递给更广泛的受众。这本书的深刻之处在于,它不仅仅关注了“技术的力量”,更关注了“技术的方向”,它让我们思考,在追求技术进步的同时,我们应该坚守怎样的原则,担负怎样的责任。
评分不得不说,《航天任务分布式视景仿真技术》这本书,在技术深度和广度上都给我留下了深刻的印象。作者在书中对视景仿真在不同航天任务类型中的应用,进行了全面的梳理和分析。无论是载人航天任务中的宇航员训练,还是无人探测器在深空中的导航与控制,抑或是大型空间站的在轨建造与维护,书中都给出了详实的案例和技术解决方案。我尤其被书中关于“协同仿真”的章节所吸引,它阐述了如何将分布在不同地点的仿真系统连接起来,形成一个协同工作的整体,从而模拟出更加复杂、更加真实的航天任务场景。例如,模拟一颗卫星在复杂的轨道环境中与其他航天器进行交会对接,就需要多方位的视景和数据进行实时同步,而分布式仿真技术恰恰解决了这一难题。书中对仿真数据格式、通信协议以及时间同步机制的深入探讨,让我对这项技术的实现细节有了更清晰的认识。作者还特别强调了仿真结果的验证与评估的重要性,指出如何通过与真实任务数据的对比,来不断优化仿真模型的精度和可靠性。这种严谨的科学态度,贯穿全书,让我对书中内容的专业性充满了信心。这本书不仅是一部技术手册,更是一部关于如何“看见”太空挑战并克服它们的智慧结晶。
评分阅读《航天任务分布式视景仿真技术》这本书,仿佛是一次与宇宙对话的奇妙旅程。作者在书中对分布式视景仿真技术的性能瓶颈与解决方案,进行了非常深入的剖析。从计算资源的限制,到网络带宽的瓶颈,再到实时性要求的苛刻,每一个挑战都得到了细致的探讨。我尤其欣赏书中关于“并行计算与GPU加速”的章节,它详细描述了如何利用高性能计算技术,来突破仿真系统的性能极限。例如,利用GPU强大的并行处理能力,来加速三维模型的渲染,加速物理方程的求解。书中还对仿真系统的可维护性与可扩展性进行了探讨,旨在让该技术能够持续适应未来不断变化的航天任务需求。作者还提到了仿真技术在航天员心理训练中的应用,例如,模拟在极端环境下的孤独感、恐惧感,并帮助宇航员建立心理韧性。这本书的价值在于,它不仅仅关注了“技术本身”,更关注了“技术背后的人”,它让我们看到了技术如何赋能人类探索未知,如何帮助我们克服心理的挑战。
评分《航天任务分布式视景仿真技术》这本书,为我打开了一个全新的认知维度。作者在书中对仿真模型的设计与实现,进行了深入浅出的讲解。从宇宙空间的物理建模,到航天器动力学的精确计算,再到复杂传感器数据的处理,每一个环节都力求逼真。我尤其欣赏书中关于“虚拟现实交互”的章节,它详细描述了如何通过VR/AR技术,让宇航员能够以更加直观、更加沉浸的方式,与仿真环境进行互动。这不仅提高了训练效果,也为未来的太空行走和舱外活动提供了全新的操作范式。书中还对仿真系统的开放性和互操作性进行了探讨,这意味着该技术能够与其他仿真系统、真实硬件设备进行无缝对接,构建更加庞大、更加复杂的仿真体系。这种“积木式”的创新模式,为航天技术的持续发展提供了无限可能。作者还强调了数据融合与态势感知在分布式仿真中的关键作用,如何将来自不同源头的海量数据进行有效整合,并形成直观的态势感知,是确保任务成功的重要前提。这本书的深刻之处在于,它不仅仅是关于“模拟”,更是关于“预见”和“应对”,它帮助我们提前看到挑战,并找到解决之道。
评分读完《航天任务分布式视景仿真技术》这本书,我感觉自己好像真的置身于浩瀚的宇宙之中,亲身参与了一场又一场惊心动魄的航天任务。书中对于分布式视景仿真技术的讲解,不仅仅是枯燥的技术名词堆砌,更是通过大量的实例和生动的描述,将复杂的原理层层剥开,让我这个非专业人士也能逐渐领悟其中的奥妙。从早期的航天飞行器设计,到如今高精尖的太空探索,每一次成功的背后,都离不开视景仿真的强大支撑。作者在书中对仿真环境的构建、数据采集与处理、以及视景呈现的关键技术进行了深入的探讨,让我深刻理解了为何精确的视景仿真对于航天任务的成功至关重要。例如,书中关于视景渲染的篇幅,详细阐述了如何模拟出逼真的星体表面纹理、光照变化以及大气散射效果,这对于宇航员在复杂环境下进行舱外活动训练,或者远程操作机械臂执行任务时,都起到了至关重要的作用。更让我印象深刻的是,作者还探讨了分布式仿真系统的核心挑战,比如如何保证不同计算节点之间的时间同步和数据一致性,以及如何在高并发、大规模的仿真环境中实现低延迟的视景输出。这些技术细节的深入剖析,让我对航天任务背后的技术实力有了更直观的认识。整本书的行文流畅,逻辑清晰,虽然涉及大量专业知识,但作者通过巧妙的类比和图文并茂的方式,大大降低了阅读门槛。总而言之,这本书不仅是航天领域技术人员的案头必备,对于任何对太空探索、虚拟现实技术以及复杂系统工程感兴趣的读者来说,都是一本不可多得的宝藏。它让我对“看”到了航天任务的未来,也对这项技术所蕴含的巨大潜力充满了期待。
评分对于《航天任务分布式视景仿真技术》这本书,我只能用“惊叹”来形容我的感受。作者在书中对仿真系统的安全性与可靠性,进行了非常详尽的论述。从数据传输的安全加密,到计算过程的容错设计,再到视景输出的实时监控,每一个环节都经过了严密的考量。我尤其被书中关于“人机协同”的章节所吸引,它阐述了如何利用仿真技术,实现宇航员与智能机器人之间的默契配合,共同完成复杂的航天任务。这无疑是未来太空探索的重要发展方向。书中还对仿真系统的成本效益分析进行了探讨,指出分布式视景仿真技术如何在降低任务风险、缩短训练周期的同时,实现高昂的研发和运营成本的优化。作者还提到了仿真技术在航天器设计优化方面的应用,例如,通过模拟不同构型、不同材料的性能表现,来选择最优的设计方案。这本书的深度体现在,它不仅仅关注了“如何仿真”,更关注了“仿真带来的价值”,它为我们描绘了一个更加安全、高效、智能的航天未来。
评分《航天任务分布式视景仿真技术》这本书,在我看来,是一部凝聚了智慧与汗水的杰作。作者在书中对仿真模型的精度与逼真度,进行了非常精辟的论述。从天体物理学的基本规律,到流体力学的复杂模型,再到光学的精密模拟,每一个环节都力求还原真实。我尤其被书中关于“视效渲染与后处理”的章节所打动,它详细描述了如何通过先进的图形学技术,将仿真数据转化为震撼人心的视觉效果。例如,模拟太阳耀斑的爆发,模拟流星雨的划过,或是模拟黑洞的引力透镜效应。书中还对仿真系统的可视化工具与用户界面进行了探讨,旨在让用户能够以最直观、最便捷的方式,与仿真系统进行交互。作者还强调了仿真技术在航天任务中的“what-if”分析能力,如何通过改变不同的参数,来探索各种可能的任务结果,从而为决策提供支持。这本书的深刻之处在于,它不仅仅展示了“看得见的风景”,更展示了“看不见的逻辑”,它帮助我们理解了航天任务背后复杂的科学原理和工程智慧。
评分这本书的价值,在我看来,远不止于对“分布式视景仿真技术”这一特定领域的阐述,更在于它为我们打开了一扇通往未来太空探索大门的钥匙。作者在书中对分布式仿真体系架构的构建,从宏观的系统设计理念,到微观的通信协议选择,都进行了细致入微的考量。尤其是在探讨如何将来自不同传感器、不同平台的仿真数据进行有机整合,并最终以统一、逼真的视景形式呈现给用户时,作者的论述鞭辟入里,发人深省。我尤其欣赏书中关于“沉浸式体验”的章节,作者不仅仅停留在技术层面,更是从人机交互、心理感知等多个维度,深入分析了如何通过逼真的视景仿真,最大程度地提升宇航员的训练效果和任务执行的安全性。想象一下,宇航员在地球上就能够“亲临”火星表面,进行一系列复杂的科学考察和设备操作演练,这极大地降低了实际任务的风险和成本。书中对物理规律的精准模拟,对复杂光学现象的精妙还原,都让我叹为观止。从星尘的飞扬,到光线在行星大气层中的折射,每一个细节的刻画都力求真实。同时,作者还对仿真系统的可扩展性和鲁棒性进行了深刻的探讨,这意味着该技术能够随着未来航天任务需求的不断升级而持续进化,应对更复杂的挑战。这本书的出版,无疑为我国在航天仿真技术领域的发展注入了新的动力,也为全球的太空探索事业提供了宝贵的技术借鉴。
评分读完《航天任务分布式视景仿真技术》这本书,我感觉自己像是经历了一场虚拟的太空冒险。作者在书中对分布式视景仿真技术的部署与管理,进行了非常详细的介绍。从服务器的选择与配置,到网络带宽的优化,再到软件版本的更新与维护,每一个细节都力求周全。我尤其欣赏书中关于“场景库构建与管理”的章节,它详细描述了如何建立一个庞大、丰富、逼真的航天任务场景库,以满足不同任务的需求。例如,模拟月球表面的复杂地形,模拟火星大气的稀薄环境,亦或是模拟国际空间站内的精密仪器。书中还对仿真系统的可移植性与跨平台兼容性进行了探讨,这意味着该技术能够在不同的硬件平台和操作系统上运行,大大增强了其应用范围。作者还强调了仿真数据在航天任务中的溯源与追溯的重要性,如何保证仿真数据的完整性和可信度,对于任务的复盘与改进至关重要。这本书的独特之处在于,它不仅仅关注了“技术本身”,更关注了“技术落地”,它为我们展示了如何将先进的仿真技术,转化为切实的航天生产力。
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评分专业用书,正在使用中
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