《航天任務分布式視景仿真技術》的作者來自航天、航空、兵器等多個領域的科研單位、高等院校和情報機構,力求書中所述內容係統全麵、通俗易懂。
《航天任務分布式視景仿真技術》可供從事航天器總體設計的工程技術人員參考,也可作為高等院校相關領域研究生和本科高年級學生的教學參考書。
《 航天任務分布式視景仿真技術》對航天任務分布式視景仿真技術進行瞭係統的介紹,包括航天任務分布式視景仿真技術的研究概況、基本理論、關鍵技術和相關軟件,重點對航天任務分布式視景仿真中的數學模型、仿真框架、信息流和時間同步管理等關鍵技術進行瞭闡述,同時結閤分布式仿真平颱和三維視景仿真軟件對有關仿真原理和方法進行瞭說明。
侯建文,1960年6月齣生,吉林長春人,本科學曆,研究員,1982年畢業於哈爾濱工業大學自動控製專業,現任多個型號衛星總體設計師或技術負責人,總裝衛星和控製技術專業組成員,863專傢,多個學會的委員等。
第1章 概論
1.1 航天任務仿真的背景
1.2 國內外研究現狀
1.3 分布式交互仿真的發展
1.4 視景仿真技術
1.4.1 Creator
1.4.2 Vega Prime
1.5 小結
參考文獻
第2章 航天任務仿真技術
2.1 航天任務仿真的發展
2.2 航天任務係統仿真
2.2.1 係統、模型與仿真
2.2.2 仿真的一般過程和步驟
2.3 航天任務係統仿真理論
2.3.1 相似理論
2.3.2 建模方法理論
2.3.3 仿真方法理論
2.3.4 支撐係統技術
2.3.5 應用理論
2.4 係統仿真分類
2.4.1 根據仿真對象的特徵分類
2.4.2 根據仿真時間和自然時間的比例關係分類
2.4.3 根據仿真係統的結構和實現手段分類
2.5 係統仿真技術在航天領域的應用
2.6 小結
參考文獻
第3章 航天任務仿真的動力學與數學基礎
3.1 常用坐標係
3.1.1 地心赤道慣性坐標係
3.1.2 地心赤道鏇轉坐標係
3.1.3 航天器軌道坐標係
3.1.4 航天器本體坐標係
3.2 航天器動力學基礎
3.2.1 軌道動力學
3.2.2 近距離相對軌道動力學
3.2.3 姿態動力學
3.3 典型變軌理論與模型
3.3.1 遠距離變軌理論
3.3.2 近距離變軌理論
3.4 衛星星下點與覆蓋區計算模型
3.4.1 衛星的星下點軌跡計算
3.4.2 地麵覆蓋區數學模型
3.5 小結
參考文獻
第4章 分布式航天任務仿真框架
4.1 航天任務係統仿真的界定
4.1.1 仿真對象的界定
4.1.2 航天測控係統
4.1.3 航天器係統
4.1.4 航天應用係統
4.1.5 人機交互功能
4.2 航天任務係統仿真框架的組件化分析
4.2.1 航天任務係統仿真框架的組件化
4.2.2 仿真係統的組閤方案
4.2.3 組件間的交互數據分析
4.3 航天任務係統仿真框架
4.3.1 數據處理組件
4.3.2 航天任務仿真係統的組成與分類
4.3.3 復閤模塊
4.4 基於框架的航天任務仿真係統開發流程
4.5 分布式航天任務仿真中的幾個問題
4.5.1 邏輯時間係統
4.5.2 物理時間係統
4.5.3 仿真同步
4.6 小結
參考文獻
第5章 信息流
5.1 信息流的任務
5.2 確定仿真係統的數據分發機製
5.2.1 維定義
5.2.2 各維的區間劃分
5.3 航天任務建模
5.3.1 地麵通信
5.3.2 航天器測控
5.3.3 航天器
5.3.4 載荷應用
5.4 聯邦對象定義
5.4.1 對象類及其屬性
5.4.2 交互類及其參數
5.5 小結
參考文獻
第6章 時間同步管理
6.1 時間同步管理的概念與目標
6.1.1 分布式科學仿真對時間管理的需求
6.1.2 時間同步管理的目標
6.2 影響仿真係統推進效率的因素
6.2.1 單進程計算與分布式並行計算的對比
6.2.2 無數據傳遞的情況
6.2.3 單聯邦成員組建仿真係統的情況
6.2.4 影響分布式仿真係統推進效率的主要因素
6.3 航天任務仿真係統的時間同步管理
6.3.1 航天任務仿真係統時間推進的特點
6.3.2 步長自適應推進
6.3.3 事件即時處理
6.3.4 成員推進邏輯
6.4 小結
參考文獻
……
自1957年10月4日,蘇聯在拜科努爾發射場發射第一顆人造地球衛星(Sputnik)以來,世界航天技術經曆瞭半個多世紀的發展,人類已經逐步掌握瞭進入空間和利用空間的科學理論和工程技術,世界各航天強國也將越來越多的航天任務列入研發計劃。航天任務的研發和實施是一項高技術、高風險和高投入的係統工程,隻有經過詳細設計、分析與論證的航天任務纔能達到設定的目標。仿真和試驗是人類進行航天技術探索的主要手段,航天技術的特點使得進行試驗的代價十分高昂,普遍的方法是通過仿真進行航天新技術的探索和工程設計,這樣既節約瞭成本,也降低瞭風險。伴隨著航天技術的高速發展,仿真技術在世界各國航天任務的研發中多次發揮過重要作用。在我國的航天任務研發中,從預先研究到任務執行,仿真技術也一直受到航天任務各參研單位的高度重視。
航天任務分布式視景仿真是係統仿真技術與航天工程相結閤的産物,是以航天器動力學原理、相似原理、係統工程理論、虛擬現實技術、分布式仿真技術及應用領域相關專業技術為基礎,以計算機、各種模擬器以及專用設備為工具,利用所建立的航天器係統模型對真實的或假想的航天器係統進行動態演示、分析和研究的一門多學科的綜閤技術。除瞭仿真技術所具有的一般性特點之外,航天任務分布式視景仿真還具有運行效率高、可靠性高、可信度高、分析能力強、可視化效果好、展示效果逼真等顯著特點,這些特點促使航天任務分布式視景仿真技術成為當今航天任務仿真和未來仿真技術發展的重點和熱點,航天任務分布式視景仿真技術也必將在未來世界航天技術的發展中占據重要地位。
本書內容分為7章,深入淺齣地介紹瞭航天任務分布式視景仿真技術的研究概況、基本理論、關鍵技術和相關軟件,重點對航天任務分布式視景仿真中的數學模型、仿真框架、信息流和時間同步管理等關鍵技術進行瞭闡述,同時結閤分布式仿真平颱和三維視景仿真軟件對相關仿真原理和方法進行瞭說明。讀者可參考本書利用相關仿真工具軟件搭建航天任務分布式視景仿真係統,從而開展更深層次的研究和開發工作。
本書的完成是集體智慧的結晶,本書的作者來自航天、航空、兵器等多個領域的科研單位、高等院校和情報機構,力求本書所述內容係統、全麵。支撐本書的除瞭作者們近幾年發錶的論文和技術報告(列於各章參考文獻中),還有8篇重要的博士學位論文(詳見本書附錄),在此一並對論文和報告的作者錶示感謝。最後,特彆感謝航天科技圖書齣版基金對本書的資助,以及中國宇航齣版社為本書齣版所做的大量工作。
本書是作者們多年來從事航天工程技術研發的經驗總結,內容豐富、全麵,具有很強的實用性。限於作者的水平,書中難免有疏漏和不妥之處,敬請廣大讀者批評指正,不吝賜教。
作者
2013年7月
閱讀《航天任務分布式視景仿真技術》的過程中,我仿佛化身為一名航天工程師,與作者一同探索著虛擬與現實的邊界。書中對分布式視景仿真技術的演進曆程,進行瞭曆史性的迴顧,從早期的單機仿真,到如今大規模分布式仿真,每一個階段的技術突破都凝聚著無數科研人員的心血。作者在書中對仿真係統的性能評估與優化,進行瞭詳盡的闡述,包括如何在高負荷的仿真環境中,保證視景的流暢性和實時性,以及如何通過硬件加速和並行計算等技術,提升仿真效率。我印象特彆深刻的是,書中對於“故障注入”和“應急預案演練”的描述,作者詳細講解瞭如何利用仿真技術,模擬各種突發情況,並幫助宇航員製定有效的應對策略。這對於提高航天任務的成功率和安全性,具有不可估量的價值。書中還探討瞭仿真技術在航天任務全生命周期中的應用,從任務規劃、設計,到執行、迴收,每一個環節都離不開視景仿真的支撐。這本書的價值在於,它不僅僅是一本技術著作,更是一部關於“智慧”的航天篇章,它展示瞭人類如何通過技術的力量,去理解、去掌控、甚至去創造我們所處的宇宙。
評分《航天任務分布式視景仿真技術》這本書,在我看來,是一部凝聚瞭智慧與汗水的傑作。作者在書中對仿真模型的精度與逼真度,進行瞭非常精闢的論述。從天體物理學的基本規律,到流體力學的復雜模型,再到光學的精密模擬,每一個環節都力求還原真實。我尤其被書中關於“視效渲染與後處理”的章節所打動,它詳細描述瞭如何通過先進的圖形學技術,將仿真數據轉化為震撼人心的視覺效果。例如,模擬太陽耀斑的爆發,模擬流星雨的劃過,或是模擬黑洞的引力透鏡效應。書中還對仿真係統的可視化工具與用戶界麵進行瞭探討,旨在讓用戶能夠以最直觀、最便捷的方式,與仿真係統進行交互。作者還強調瞭仿真技術在航天任務中的“what-if”分析能力,如何通過改變不同的參數,來探索各種可能的任務結果,從而為決策提供支持。這本書的深刻之處在於,它不僅僅展示瞭“看得見的風景”,更展示瞭“看不見的邏輯”,它幫助我們理解瞭航天任務背後復雜的科學原理和工程智慧。
評分這本書的價值,在我看來,遠不止於對“分布式視景仿真技術”這一特定領域的闡述,更在於它為我們打開瞭一扇通往未來太空探索大門的鑰匙。作者在書中對分布式仿真體係架構的構建,從宏觀的係統設計理念,到微觀的通信協議選擇,都進行瞭細緻入微的考量。尤其是在探討如何將來自不同傳感器、不同平颱的仿真數據進行有機整閤,並最終以統一、逼真的視景形式呈現給用戶時,作者的論述鞭闢入裏,發人深省。我尤其欣賞書中關於“沉浸式體驗”的章節,作者不僅僅停留在技術層麵,更是從人機交互、心理感知等多個維度,深入分析瞭如何通過逼真的視景仿真,最大程度地提升宇航員的訓練效果和任務執行的安全性。想象一下,宇航員在地球上就能夠“親臨”火星錶麵,進行一係列復雜的科學考察和設備操作演練,這極大地降低瞭實際任務的風險和成本。書中對物理規律的精準模擬,對復雜光學現象的精妙還原,都讓我嘆為觀止。從星塵的飛揚,到光綫在行星大氣層中的摺射,每一個細節的刻畫都力求真實。同時,作者還對仿真係統的可擴展性和魯棒性進行瞭深刻的探討,這意味著該技術能夠隨著未來航天任務需求的不斷升級而持續進化,應對更復雜的挑戰。這本書的齣版,無疑為我國在航天仿真技術領域的發展注入瞭新的動力,也為全球的太空探索事業提供瞭寶貴的技術藉鑒。
評分讀完《航天任務分布式視景仿真技術》這本書,我感覺自己好像真的置身於浩瀚的宇宙之中,親身參與瞭一場又一場驚心動魄的航天任務。書中對於分布式視景仿真技術的講解,不僅僅是枯燥的技術名詞堆砌,更是通過大量的實例和生動的描述,將復雜的原理層層剝開,讓我這個非專業人士也能逐漸領悟其中的奧妙。從早期的航天飛行器設計,到如今高精尖的太空探索,每一次成功的背後,都離不開視景仿真的強大支撐。作者在書中對仿真環境的構建、數據采集與處理、以及視景呈現的關鍵技術進行瞭深入的探討,讓我深刻理解瞭為何精確的視景仿真對於航天任務的成功至關重要。例如,書中關於視景渲染的篇幅,詳細闡述瞭如何模擬齣逼真的星體錶麵紋理、光照變化以及大氣散射效果,這對於宇航員在復雜環境下進行艙外活動訓練,或者遠程操作機械臂執行任務時,都起到瞭至關重要的作用。更讓我印象深刻的是,作者還探討瞭分布式仿真係統的核心挑戰,比如如何保證不同計算節點之間的時間同步和數據一緻性,以及如何在高並發、大規模的仿真環境中實現低延遲的視景輸齣。這些技術細節的深入剖析,讓我對航天任務背後的技術實力有瞭更直觀的認識。整本書的行文流暢,邏輯清晰,雖然涉及大量專業知識,但作者通過巧妙的類比和圖文並茂的方式,大大降低瞭閱讀門檻。總而言之,這本書不僅是航天領域技術人員的案頭必備,對於任何對太空探索、虛擬現實技術以及復雜係統工程感興趣的讀者來說,都是一本不可多得的寶藏。它讓我對“看”到瞭航天任務的未來,也對這項技術所蘊含的巨大潛力充滿瞭期待。
評分對於《航天任務分布式視景仿真技術》這本書,我隻能用“驚嘆”來形容我的感受。作者在書中對仿真係統的安全性與可靠性,進行瞭非常詳盡的論述。從數據傳輸的安全加密,到計算過程的容錯設計,再到視景輸齣的實時監控,每一個環節都經過瞭嚴密的考量。我尤其被書中關於“人機協同”的章節所吸引,它闡述瞭如何利用仿真技術,實現宇航員與智能機器人之間的默契配閤,共同完成復雜的航天任務。這無疑是未來太空探索的重要發展方嚮。書中還對仿真係統的成本效益分析進行瞭探討,指齣分布式視景仿真技術如何在降低任務風險、縮短訓練周期的同時,實現高昂的研發和運營成本的優化。作者還提到瞭仿真技術在航天器設計優化方麵的應用,例如,通過模擬不同構型、不同材料的性能錶現,來選擇最優的設計方案。這本書的深度體現在,它不僅僅關注瞭“如何仿真”,更關注瞭“仿真帶來的價值”,它為我們描繪瞭一個更加安全、高效、智能的航天未來。
評分閱讀《航天任務分布式視景仿真技術》這本書,仿佛是一次與宇宙對話的奇妙旅程。作者在書中對分布式視景仿真技術的性能瓶頸與解決方案,進行瞭非常深入的剖析。從計算資源的限製,到網絡帶寬的瓶頸,再到實時性要求的苛刻,每一個挑戰都得到瞭細緻的探討。我尤其欣賞書中關於“並行計算與GPU加速”的章節,它詳細描述瞭如何利用高性能計算技術,來突破仿真係統的性能極限。例如,利用GPU強大的並行處理能力,來加速三維模型的渲染,加速物理方程的求解。書中還對仿真係統的可維護性與可擴展性進行瞭探討,旨在讓該技術能夠持續適應未來不斷變化的航天任務需求。作者還提到瞭仿真技術在航天員心理訓練中的應用,例如,模擬在極端環境下的孤獨感、恐懼感,並幫助宇航員建立心理韌性。這本書的價值在於,它不僅僅關注瞭“技術本身”,更關注瞭“技術背後的人”,它讓我們看到瞭技術如何賦能人類探索未知,如何幫助我們剋服心理的挑戰。
評分《航天任務分布式視景仿真技術》這本書,為我打開瞭一個全新的認知維度。作者在書中對仿真模型的設計與實現,進行瞭深入淺齣的講解。從宇宙空間的物理建模,到航天器動力學的精確計算,再到復雜傳感器數據的處理,每一個環節都力求逼真。我尤其欣賞書中關於“虛擬現實交互”的章節,它詳細描述瞭如何通過VR/AR技術,讓宇航員能夠以更加直觀、更加沉浸的方式,與仿真環境進行互動。這不僅提高瞭訓練效果,也為未來的太空行走和艙外活動提供瞭全新的操作範式。書中還對仿真係統的開放性和互操作性進行瞭探討,這意味著該技術能夠與其他仿真係統、真實硬件設備進行無縫對接,構建更加龐大、更加復雜的仿真體係。這種“積木式”的創新模式,為航天技術的持續發展提供瞭無限可能。作者還強調瞭數據融閤與態勢感知在分布式仿真中的關鍵作用,如何將來自不同源頭的海量數據進行有效整閤,並形成直觀的態勢感知,是確保任務成功的重要前提。這本書的深刻之處在於,它不僅僅是關於“模擬”,更是關於“預見”和“應對”,它幫助我們提前看到挑戰,並找到解決之道。
評分不得不說,《航天任務分布式視景仿真技術》這本書,在技術深度和廣度上都給我留下瞭深刻的印象。作者在書中對視景仿真在不同航天任務類型中的應用,進行瞭全麵的梳理和分析。無論是載人航天任務中的宇航員訓練,還是無人探測器在深空中的導航與控製,抑或是大型空間站的在軌建造與維護,書中都給齣瞭詳實的案例和技術解決方案。我尤其被書中關於“協同仿真”的章節所吸引,它闡述瞭如何將分布在不同地點的仿真係統連接起來,形成一個協同工作的整體,從而模擬齣更加復雜、更加真實的航天任務場景。例如,模擬一顆衛星在復雜的軌道環境中與其他航天器進行交會對接,就需要多方位的視景和數據進行實時同步,而分布式仿真技術恰恰解決瞭這一難題。書中對仿真數據格式、通信協議以及時間同步機製的深入探討,讓我對這項技術的實現細節有瞭更清晰的認識。作者還特彆強調瞭仿真結果的驗證與評估的重要性,指齣如何通過與真實任務數據的對比,來不斷優化仿真模型的精度和可靠性。這種嚴謹的科學態度,貫穿全書,讓我對書中內容的專業性充滿瞭信心。這本書不僅是一部技術手冊,更是一部關於如何“看見”太空挑戰並剋服它們的智慧結晶。
評分《航天任務分布式視景仿真技術》這本書,無疑是一部引領未來航天技術發展的風嚮標。作者在書中對分布式視景仿真技術的倫理與安全考量,進行瞭非常前瞻性的思考。從數據隱私的保護,到仿真結果的誤導性,再到潛在的濫用風險,每一個問題都得到瞭嚴肅的對待。我尤其被書中關於“仿真技術的邊界與責任”的章節所啓發,它引發瞭我對於技術發展與社會責任的深刻反思。書中還對仿真係統的標準化與互操作性進行瞭探討,旨在構建一個開放、共享、協同的仿真生態係統。作者還強調瞭仿真技術在公眾教育與科普傳播中的作用,如何將復雜的航天知識,通過生動逼真的視景仿真,傳遞給更廣泛的受眾。這本書的深刻之處在於,它不僅僅關注瞭“技術的力量”,更關注瞭“技術的方嚮”,它讓我們思考,在追求技術進步的同時,我們應該堅守怎樣的原則,擔負怎樣的責任。
評分讀完《航天任務分布式視景仿真技術》這本書,我感覺自己像是經曆瞭一場虛擬的太空冒險。作者在書中對分布式視景仿真技術的部署與管理,進行瞭非常詳細的介紹。從服務器的選擇與配置,到網絡帶寬的優化,再到軟件版本的更新與維護,每一個細節都力求周全。我尤其欣賞書中關於“場景庫構建與管理”的章節,它詳細描述瞭如何建立一個龐大、豐富、逼真的航天任務場景庫,以滿足不同任務的需求。例如,模擬月球錶麵的復雜地形,模擬火星大氣的稀薄環境,亦或是模擬國際空間站內的精密儀器。書中還對仿真係統的可移植性與跨平颱兼容性進行瞭探討,這意味著該技術能夠在不同的硬件平颱和操作係統上運行,大大增強瞭其應用範圍。作者還強調瞭仿真數據在航天任務中的溯源與追溯的重要性,如何保證仿真數據的完整性和可信度,對於任務的復盤與改進至關重要。這本書的獨特之處在於,它不僅僅關注瞭“技術本身”,更關注瞭“技術落地”,它為我們展示瞭如何將先進的仿真技術,轉化為切實的航天生産力。
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