內容簡介
《現代導航製導與測控技術》以全新的角度論述導航、製導與測控技術及其應用,重點總結並深入研究推動現代導航、製導與測控技術(係統)進步和工程應用的主要關鍵技術,諸如先進總體設計與實現技術,目標探測、識彆與隱身技術,綜閤導航、慣性導航及組閤導航技術,精確製導與復閤/融閤製導技術,現代測控技術與動能殺傷(KKV)技術,現代數據分析與信息融閤技術,計算機網絡與“數據鏈”通信技術,指揮控製與綜閤電子信息技術,復雜戰場環境與信息對抗技術,地麵、海上及空天試驗技術,以及係統建模與仿真技術等。《現代導航製導與測控技術》是作者長期從事導航、製導與測控科學研究和教學的成果總結,同時汲取瞭相關重要參考文獻的營養,力求反映當今該領域的新思想、新觀點、新動態和新的技術學術水平。
《現代導航製導與測控技術》主要作為航空、航天、航海、兵器、信息、仿真等領域科學工作者和工程技術人員的重要參考書,也可作為高等院校特彆是軍事、軍工院校相關學科專業高年級學生和研究生的高新技術教材。
作者簡介
劉興堂,男,1942年2月齣生於陝西省三原縣,碩士、空軍級專傢、文職將軍。現任空軍防空導彈精確製導與控製技術研究中心主任;空軍工程大學教授、“控製科學與工程”學科博士生導師。兼任中國係統仿真學會常務理事、中國航空學會飛行力學及飛行試驗分會委員、中國自動化學會仿真專業委員會副主任、中國計算機用戶協會仿真應用分會理事、陝西省係統仿真學會副理事長。1965年8月西北工業大學飛機設計與製造專業獲學士學位;1968年3月西北工業大學非綫性振動理論專業獲碩士學位;1968~1982年在中國飛行試驗研究院從事飛機控製係統試飛和模擬研究,曾任專業組長、大型飛行模擬器工程和航空重點仿真實驗室建設主管工程師;1982年特招入伍,在空軍工程大學導彈學院從教至今,長期從事飛行器導航、製導與控製及復雜係統建模與仿真領域的教學和科研工作。工作期間,獲國傢科技進步奬2項、省部級科技成果奬2項、軍隊科技進步奬7項,並榮獲“全軍優秀教師”稱號;齣版專著、譯著和大型工具書16部:《機動飛機實用空氣動力學》、《飛機舵麵的傳動裝置》、《物理量傳感器》、《現代係統建模與仿真技術》、《現代飛行模擬技術》、《空中飛行模擬器》、《精確製導、控製與仿真技術》、《導彈製導控製係統分析、設計與仿真》、《現代辨識工程》、《應用自適應控製》、《新俄漢科技綜閤詞典》、《俄漢航空航天航海科技大詞典》、《復雜係統建模理論、方法與技術》、《信息化戰爭與高技術兵器》、《精確製導武器與精確製導控製技術》及《現代導航、製導與測控技術》;發錶學術論文百篇以上。
周自全,男,1940年齣生於湖北省武漢市,本科,中國飛行試驗研究院研究員,現任國傢某重點型號飛機試飛總師、中航某重點實驗室主任、《飛行力學》雜誌社社長;曾任中國飛行試驗研究院副院長、048工程專傢組成員。1964年8月西北工業大學飛機力學和控製專業獲學士學位;1968年9月至今在中國飛行試驗研究院從事飛行試驗與仿真研究。工作期間,獲省部級以上科技進步奬14項,其中包括國傢科技進步成果特等奬、一等奬、二等奬各一項;榮立部級以上一等功5次、二等功1次;被授予全國國防科技工業係統勞動模範、國傢有突齣貢獻專傢;榮獲航空金奬、航空工業傑齣貢獻奬等7項;齣版專著3部;發錶學術論文60餘篇。
李為民,男,1964.年10月生,甘肅民勤人,博士、空軍級專傢、國務院學位委員會評議組成員、國傢“863”計劃航空航天領域專傢組成員。現任空軍工程大學導彈學院教授、博士生導師、副院長,兼任中國宇航學會無人機學會常務理事、中國係統仿真學會理事、中國軍事運籌學會常務理事、中國軍事係統工程委員會委員。1983年7月空軍導彈學院測控專業獲學士學位;1990年5月電子科技大學信號電路與係統專業獲碩士學位;1992年12月電子科技大學電子與通信專業獲博士學位。1983年執教以來,獲國傢科技成果進步奬1項,軍隊(省部)級科技進步奬15項,主持完成國傢"863”計劃課題、國傢社科基金課題、國防預研基金課題多項,榮獲“全軍優秀教師”稱號、軍隊院校育纔金奬;主編和參編專著(教材)6部,發錶學術論文60餘篇。
孫德建,男,1965年9月齣生於山東省招遠市,碩士,現任空軍航空大學教授、碩士生導師、圖書館館長,空軍高層次科技人纔,中國國防科學技術信息學會理事。1983年7月空軍工程學院航空機械專業獲學士學位;1999年6月吉林大學計算機應用專業獲碩士學位;1987年7月在空軍航空大學任教至今,從事信息管理和計算機應用教學與科研工作。工作期間,獲軍隊科技進步奬二等奬3項。
何廣軍,男,1965年10月生,陝西寶雞人,博士,空軍高層次科技人纔。現任空軍工程大學導彈學院控製與測試教研室主任、副教授、碩士生導師。1988年7月空軍導彈學院控製與測試專業獲學士學位;1991年3月空軍導彈學院引信技術專業獲碩士學位;2001年4月~2002年4月俄羅斯莫斯科航空學院訪問學者;2002年5月任空軍工程大學導彈學院控製與測試教研室主任;2009年8月空軍工程大學導彈學院導航、製導與測控專業獲博士學位。工作期間,齣版專著和教材10部;主持和參與國傢及軍隊科研項目15項,其中“863"項目2項、軍隊重點項目8項,獲軍隊科技進步奬三等奬2項,全軍教學銀奬1項;發錶學術論文30餘篇。
劉力,男,1972年12月齣生於陝西省三原縣,博士。現任空軍航空兵某師工程師,中校軍銜。1994.年8月空軍工程學院航空電子專業獲學士學位;1994年8月~1999年8月在空軍*一試驗訓練基地從事航空機務保障工作;1999年8月~2001年8月在空軍航空兵某師從事航空機務保障工作;2004.年3月空軍工程大學導彈學院管理科學與工程專業獲碩士學位;2008年4月空軍工程大學導彈學院軍事裝備學專業獲博士學位。工作期間,獲軍隊科技進步三等奬1項;齣版著作、教材和工具書6部;發錶學術論文20餘篇。
內頁插圖
目錄
前言
第1章 緒論
1.1 一般概念
1.1.1 導航概念
1.1.2 製導概念
1.1.3 測控概念
1.2 導航、製導與測控技術及係統
1.2.1 導航技術及係統
1.2.2 製導技術及係統
1.2.3 測控技術及係統
1.2.4 綜閤技術及係統
1.3 現代導航、製導與測控技術
1.3.1 引言
1.3.2 地麵、空中、海上精確導航
1.3.3 高技術兵器精確製導
1.3.4 航天工程精確測控
1.4 現代導航、製導與測控的關鍵技術
第2章 基礎理論、方法與技術
2.1 導航理論、方法與技術
2.1.1 基本理論、方法與技術綜述
2.1.2 無綫電導航原理及應用
2.1.3 多普勒雷達導航原理及應用
2.1.4 慣性導航原理及應用
2.1.5 衛星定位導航原理及應用
2.1.6 天文導航原理及應用
2.1.7 地圖匹配導航原理及應用
2.1.8 相對導航原理及應用
2.1.9 組閤導航原理及應用
2.2 製導理論、方法與技術
2.2.1 基本理論、方法與技術
2.2.2 自主式製導原理及應用
2.2.3 遙控製導原理及應用
2.2.4 尋的製導原理及應用
2.2.5 復閤/融閤製導原理及應用
2.2.6 數據鏈製導原理及應用
2.3 測控理論、方法與技術
2.3.1 基本理論、方法與技術
2.3.2 測試原理及應用
2.3.3 控製原理及應用
2.3.4 測控原理及應用
2.4 現代導航、製導與測控學科體係
2.4.1 引言
2.4.2 理論體係
2.4.3 方法體係
2.4.4 技術體係
2.4.5 應用體係
第3章 先進總體設計與實現技術
3.1 係統總體技術及設計過程
3.2 多學科設計優化技術及應用
3.2.1 多學科設計優化(MDO)技術的提齣
3.2.2 MDO體係組成
3.2.3 MDO的主要關鍵技術
3.2.4 MDO技術應用實例
3.3 多目標優化設計方法與技術
3.4 智能優化設計技術及應用
3.4.1 問題提齣
3.4.2 係統構成及功能
3.4.3 工程應用實例
3.5 計算機輔助設計技術及應用
3.5.1 引言
3.5.2 CAD係統及其組成
3.5.3 CAD技術及係統的應用
3.6 虛擬樣機與虛擬設計技術及應用
3.6.1 引言
3.6.2 虛擬樣機技術的關鍵技術
3.6.3 虛擬樣機技術的工程應用
3.6.4 虛擬設計技術及工程應用
……
第4章 目標探測、識彆與隱身技術
第5章 綜閤導航、慣性導航及組閤導航
第6章 精確製導與復閤/融閤製導技術
第7章 現代測控技術與KKV技術
第8章 現代數據分析與信息融閤技術
第9章 計算機網絡與“數據鏈”通信技術
第10章 復雜戰場環境與信息對抗技術
第11章 指揮控製與綜閤電子信息技術
第12章 地麵、海上及空天試驗技術
第13章 係統建模與仿真技術
參考文獻
前言/序言
現代導航、製導與測控技術是具有代錶性的高新技術之一,緊係國計民生和社會文明,直接推動著四個現代化(工業、農業、科技和國防現代化)建設,並不斷影響著現代戰爭形態演變和高技術兵器特彆是軍事航天器和精確製導武器的發展。
理論和實踐證明,導航、製導與測控係統設計與實現從一開始就是航空航天飛行器、海上(水下)航行體和先進武器裝備發展的關鍵環節,也一直是應用高新技術最快、最多的領域。
當前,人類社會正在嚮信息時代過渡,信息化戰爭已成為反映該時代特徵的全新基本戰爭形態。信息化戰爭的最典型特點之一就是實現陸、海、空、天、信息一體化聯閤/協同作戰,大量使用高技術兵器,實施基於效果的精確打擊。防空、防天導彈武器及反導係統已成為國傢和區域極為重要的防禦力量。對此,現代導航、製導與測控技術(係統)起著十分重要的支撐作用,並在很大程度上決定著聯閤/協同作戰效能和高技術兵器及反導係統的戰技性能。
航天工程是當今社會發展最快的尖端科技領域之一,從*一顆人造衛星飛嚮太空至今,雖然隻過去瞭五十多年的時間,卻給人類帶來瞭翻天覆地的變化。它不僅對現代科技、社會經濟發展起到瞭巨大的推動作用,而且在軍事上獲得瞭廣泛的應用,也必將對未來世界産生更加廣闊而深遠的影響。現代導航、製導與測控技術從來就是航天工程發展的核心技術之一,它涉及航天工程方案論證、設計製造和使用運行等方麵。
綜上所述,現代導航、製導與測控技術(係統)在現代科學技術、國民經濟和國防建設發展中的重要地位和戰略意義是顯而易見的。因此,為瞭進一步發揮現代導航、製導與測控技術的巨大作用,認真總結和深入研究推動該技術發展的關鍵技術是十分必要的。
眾所周知,雖然影響和推動現代導航、製導與測控技術(係統)進步的因素是多方麵的,但筆者認為,其本質因素可歸為兩大方麵,即實現精確導航、製導與測控的信息化及智能化程度和保證被控對象(如航天器、飛機、導彈、艦船、魚雷等)的機動性水平高低。為瞭解決這兩方麵的問題,不少專傢、學者付齣瞭艱辛努力和極大代價,攻剋瞭一個又一個關鍵技術。總結起來,這些關鍵技術主要包括:先進總體設計與實現技術,目標探測、識彆與隱身技術,綜閤導航、慣性導航及組閤導航技術,精確製導與復閤/融閤製導技術,現代測控技術與KKV(動能殺傷)技術,現代數據分析與信息融閤技術,計算機網絡與“數據鏈”通信技術,指揮控製與綜閤電子信息技術,復雜戰場環境與信息對抗技術,地麵、海上及空天試驗技術,以及係統建模與仿真技術等。
本書旨在從全新的角度論述現代導航、製導與測控技術及其應用,重點探討和研究推動現代導航、製導與測控技術(係統)進步和工程應用的上述關鍵技術,使其成為該領域科學工作者和工程技術人員的重要參考書,以及高等院校、軍事和軍工院校高年級學生和研究生的必備高技術知識教科書,以促進我國科學技術進步和國民經濟發展,加速軍隊和武器裝備的現代化建設。
全書共分13章。第1章闡明導航、製導與測控技術的一般概念,綜述現代導航、製導與測控技術及係統,從精確導航、製導與測控技術及係統的需求角度,提齣推動它們進步的主要關鍵技術;第2章論述導航、製導與測控技術的理論基礎,綜述各類導航、製導與測控的方法、技術及其應用,提齣並探討現代導航、製導與測控學科體係;第3章論述現代導航、製導與測控係統的先進總體設計方法和工程實現,主要包括計算機輔助設計、優化設計、虛擬設計、虛擬樣機和並行設計工程等;第4章研究各類目標探測方法與技術,深入討論目標識彆技術和隱身技術;第5章在進一步論述慣性導航技術和係統的基礎上,深人研究新型組閤導航技術(係統)及其應用;第6章論述現代製導體製和精確製導技術,特彆是復閤/融閤技術,討論先進導引律設計與實現;第7章論述先進測控手段和控製策略及其應用,研究現代控製律設計與實現,並討論超精確控製技術和KKV技術;第8章論述現代數據分析方法與技術及其在精確製導與控製中的應用,研究多傳感器信息融閤方法、算法及其在導航、製導、跟蹤和識彆等方麵的應用;第9章論述計算機網絡技術和戰術數據鏈技術,研究其結構、特點及其在導航、製導與測控中的典型應用;第10章論述現代戰場的復雜性,研究導航、製導與測控係統應對現代復雜戰場環境的各類信息對抗技術;第11章論述新軍事變革中的指揮控製特點,討論現代指揮控製方式及綜閤電子信息技術應用;第12章論述地麵、海上及空天試驗對現代導航、製導與測控技術(係統)進步的重大推動作用,研究現代導航、製導與測控係統的典型試驗設計與實現;第13章論述係統建模與仿真技術對現代導航、製導與測控技術(係統)發展的巨大支撐作用,討論導航、製導與測控係統的全生命周期建模與仿真,以及虛擬環境和協同仿真技術的工程應用。
《星河軌跡:探索未知》 序言 自古以來,人類便仰望星空,渴望觸及那遙不可及的宇宙。從最初的樸素觀測,到如今精準計算的星際穿越,人類的探索步伐從未停歇。我們對宇宙的認知,如同涓涓細流匯聚成浩瀚的海洋,而每一次新的發現,都伴隨著對未知世界的深深敬畏與無盡好奇。《星河軌跡:探索未知》正是這樣一個關於人類探索宇宙、理解自身在其中位置的宏大敘事。本書並非艱澀的技術手冊,亦非冰冷的學術論文,而是一部飽含人文關懷與科學浪漫的史詩,帶領讀者穿越時空,一同見證人類探索宇宙的壯麗徵程。 第一章:仰望與夢想——宇宙的召喚 本章將迴溯人類對宇宙的早期認知與不懈追問。我們將從古代文明的觀星習俗說起,講述人類如何憑藉肉眼觀察,勾勒齣星空的輪廓,理解晝夜交替、四季輪迴。從巴比倫人對天體運行的精確記錄,到古希臘哲學傢們對宇宙結構的猜想,人類的智慧之光在黑暗的夜空中閃耀。我們將探討宗教、哲學與科學在早期宇宙認知中的交織與碰撞,以及那些偉大的先驅者如何挑戰傳統觀念,為科學的萌芽播撒下希望的種子。 我們還將深入探討人類對宇宙的“夢想”:地心說到日心說,從 Ptolemy 的天球模型到 Copernicus 的革命性突破,每一次觀念的轉變都伴隨著思想的解放和視野的拓展。伽利略的望遠鏡,Kepler 的行星運動定律,Newton 的萬有引力定律,這些裏程碑式的發現是如何一步步揭開宇宙麵紗的?本章將以生動的故事和清晰的邏輯,展現人類從對宇宙的樸素想象,到對其運行規律産生初步理解的過程,為後續的探索奠定基礎。同時,我們將強調,這份探索的動力,源於人類與生俱來的好奇心,以及對自身存在意義的追尋。 第二章:工具的革新——目光穿越萬水韆山 想要探索宇宙,必須擁有超越自身局限的“眼睛”。本章將聚焦於人類在觀測工具上的不懈追求與革命性進步。從最初的簡易儀器,到精密的望遠鏡,再到如今能夠抵達遙遠星球的探測器,工具的革新直接推動瞭我們對宇宙認知的深度與廣度。 我們將詳細介紹望遠鏡的發展史,從 Galileo 的摺射望遠鏡,到 Newton 的反射望遠鏡,再到 Hale、Hubble 等巨型地麵和空間望遠鏡。我們會解釋不同類型望遠鏡的工作原理,以及它們在捕捉可見光、紅外綫、紫外綫、X射綫和伽馬射綫等不同電磁波譜方麵所發揮的關鍵作用。我們將深入探討空間望遠鏡的獨特優勢,它們如何擺脫地球大氣層的乾擾,獲得前所未有的清晰圖像,從而揭示宇宙的奧秘。 除瞭光學望遠鏡,本章還將介紹射電望遠鏡、引力波探測器等新興觀測手段。我們會闡述射電天文學如何打開瞭觀測宇宙的新窗口,讓我們能夠“聽到”宇宙的低語;引力波的探測又如何為我們提供瞭理解黑洞閤並、中子星碰撞等極端宇宙事件的全新視角。本書將強調,這些觀測工具的每一次飛躍,都如同一次“韆裏眼”的升級,讓我們能夠看得更遠、更清晰,從而發現更多前所未有的宇宙現象。 第三章:解碼宇宙——從星辰到星係 掌握瞭觀測工具,人類便開始嘗試“解碼”宇宙。本章將帶領讀者深入宇宙的各個尺度,理解從微觀的粒子到宏觀的星係,宇宙是如何運作的。 我們將從恒星的誕生、演化和死亡講起。通過講解恒星的光譜分析、質量、溫度等參數,我們能瞭解不同類型恒星的生命周期。我們將深入探討恒星內部的核聚變過程,這是恒星發光發熱的根本原因。從紅巨星到白矮星,從超新星爆發到中子星和黑洞的形成,恒星的生命史本身就是一部宇宙演化的縮影。 接著,我們將目光轉嚮星係。我們將解釋星係的分類,從鏇渦星係、橢圓星係到不規則星係,以及我們所處的銀河係。我們將探討星係形成的原因,以及星係之間的相互作用,如星係碰撞與並閤。我們將介紹宇宙大尺度結構的形成,如星係團、超星係團,以及宇宙中的“縴維狀”結構,它們勾勒齣瞭宇宙的宏偉版圖。 本章還將觸及暗物質和暗能量這兩個宇宙中最神秘的存在。我們將解釋科學傢們是如何通過觀測星係鏇轉速度、宇宙膨脹速率等現象,推斷齣暗物質和暗能量的存在,盡管它們目前仍然無法被直接觀測到。我們會探討它們在宇宙構成中所占的比例,以及它們對宇宙演化的深遠影響。 第四章:生命的探尋——宇宙中的孤寂與希望 宇宙如此浩瀚,生命是否是孤獨的奇跡?本章將聚焦於宇宙生命的可能性,以及人類在這場宏大追問中的努力。 我們將從地球生命的起源開始,探討生命存在的必要條件:液態水、適宜的溫度、穩定的能量來源等。我們將介紹係外行星的探測技術,從淩星法到視嚮速度法,以及我們是如何發現越來越多的類地行星,它們有可能成為孕育生命的“第二個地球”。 本章將深入探討行星宜居帶的概念,以及不同類型恒星周圍行星的宜居潛力。我們會討論係外行星大氣成分的分析,以及尋找生命標誌物(如氧氣、甲烷)的科學方法。我們將介紹 SETI(搜尋地外文明計劃)的宗旨與方法,以及人類如何通過接收和發送信號,嘗試與宇宙中的其他智慧生命建立聯係。 同時,我們也會理性地看待尋找外星生命的挑戰,包括距離的遙遠、信號的微弱、生命形式的多樣性等等。本章將以一種開放的態度,探討生命在宇宙中的普遍性與獨特性,以及對未知生命體的想象與敬畏。我們將思考,如果真的發現地外生命,將對人類的哲學、科學和社會産生怎樣的深遠影響。 第五章:人類的足跡——從地球到星辰大海 除瞭觀測,人類也在積極地將自身的足跡延伸至宇宙。本章將迴顧人類在太空探索領域的輝煌成就,以及未來的展望。 我們將從早期的人造衛星,如 Sputnik 1,講起,迴顧美蘇太空競賽的激情歲月。我們將詳細介紹載人航天工程的偉大裏程碑,如 Vostok 1 的首次載人飛行,Apollo 計劃的月球登陸,以及國際空間站的長期駐留。我們將深入瞭解航天器在發射、軌道運行、對接、返迴等各個階段所涉及的工程技術,以及宇航員在太空中的生活與工作。 本章還將重點介紹深空探測器,它們是如何穿越行星際空間,對太陽係內的行星、衛星、小行星和彗星進行近距離觀測的。我們將講述 Voyager 號探測器飛越太陽係外圍的壯麗旅程,Cassini 號探測器對土星及其衛星的深入研究,以及 Perseverance 號火星車對火星生命痕跡的搜尋。 展望未來,本章將探討載人登陸火星的計劃,以及人類建立月球基地、開發太空資源的構想。我們將討論太空探索對科技進步的推動作用,以及它如何激發下一代人的科學熱情。本書將強調,人類的太空探索,不僅是對知識的追求,更是對人類生存空間和文明未來的深層考量。 結語:無盡的徵途 《星河軌跡:探索未知》的最後一章,將是一個對未來無限可能的展望。宇宙的奧秘如同深不見底的海洋,人類的探索之路永無止境。我們將再次強調,科學的進步是人類認識宇宙的根本動力,而永不滿足的好奇心和敢於挑戰的精神,則是推動我們不斷前進的引擎。 本書並非一個終點,而是一個邀請。邀請讀者在閱讀完後,能夠以更廣闊的視野審視我們的星球,以更深刻的思考理解我們在宇宙中的位置。宇宙的廣袤與神秘,賦予瞭我們無盡的想象空間,也帶來瞭對自身渺小的警示。然而,正是這種渺小,激勵著我們不斷探索,不斷超越。 《星河軌跡:探索未知》所描繪的,是一幅人類智慧與勇氣交織的宏偉畫捲。從對星空的最初凝望,到如今跨越星際的夢想,每一步都凝聚著無數人的心血與智慧。願本書能夠點燃讀者對宇宙的探索熱情,激勵大傢保持對未知的好奇,並以積極的態度,參與到這場波瀾壯闊的星辰大海的徵途中。宇宙的故事,纔剛剛開始。