通信卫星总体设计和动力学分析(平装)(见选题2012D0141) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周志成 等 著

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出版社： 中国科学技术出版社

ISBN：9787504662545

商品编码：29560497101

包装：平装

出版时间：2013-01-01

基本信息

书名：通信卫星总体设计和动力学分析(平装)(见选题2012D0141)

定价：126.00元

作者：周志成 等

出版社：中国科学技术出版社

出版日期：2013-01-01

ISBN：9787504662545

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：1.022kg

编辑推荐

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内容提要

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　　《通信卫星总体设计和动力学分析》（作者周志成、曲广吉）以现代通 信卫星为代表的地球静止轨道（GEO）航天器为设计研究对象，在系统工程方法论和航天器总体设计框架体系指导下， 结合几十年航天工程实践，并从航天器设计学科高度，系统总结和详细介绍了GEO航天器总体设计、动力学与控制分析仿真、多学科设计 优化和设计验证的技术内容和理论方法。全书编写遵循系统性、可读性、科学性、创新性、实用性的宗旨要求，并在有关章节设置了工程 应用范例。
　　全书共分15章。章为绪论；第2、3章为轨道动力学和空间 环境；第4、5、6章为航天器总体设计、有效载荷设计和主要分系统设计；第7章为航天器总体设计优化方法，包括构型拓扑优化、设备 布局优化、结构参数优化、总体参数多学科设计优化；第8章为航天器结构动力学、模型修正、力学环境和力学试验；第9～13章为柔性、 晃动、多体和热致微振动等动力学以及动力学与控制仿真；4章为航天器总体设计、分析、优化范例；5章为可靠性设计、分析、 验证。
　　《通信卫星总体设计和动力学分析》读者对象为航天科研院所和高等 院校从事航天器总体设计、动力学与控制分析仿真、优化设计理论方法研究应用的科技人员、教 师和研究生，也可作为空间飞行器设计专业及相关专业的教学参考书。

目录

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章 绪论
　1．1 航天器设计的研究范畴和基本内涵
　1．2 航天器系统工程和总体设计方法
　　1．2．1 航天器工程
　　1．2．2 航天器系统工程
　　1．2．3 航天器任务分析和总体设计方法
　1．3 航天器动力学（工程）的分析研究方法
　　1．3．1 现代航天器动力学的主要特征
　　1．3．2 航天器动力学（工程）的基本概念、研究范畴和研究内容
　　1．3．3 航天器动力学（工程）的研究方法
　1．4 我国通信卫星工程的研究进展和重要意义
　　1．4．1 通信卫星工程发展应用概况
　　1．4．2 通信卫星关键技术研究进展
　　1．4．3 发展通信卫星工程重要意义
第2章 航天器轨道动力学
第3章 航天器空间环境
第4章 航天器总体设计
第5章 航天器有效载荷设计
第6章 航天器主要分系统设计
第7章 航天器总体设计优化方法
第8章 航天器结构动力学与力学环境
第9章 航天器柔性耦合动力学
第9章 航天器柔性耦合动力学
0章 航天器液体晃动动力学
1章 航天器多体动力学
2章 航天器热致微振动动力学
3章 航天器动力学与控制总体仿真
4章 航天器总体方案设计分析优化范例
5章 航天器可靠性设计和故障对策
缩略词表

作者介绍

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文摘

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序言

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通信卫星总体设计与动力学分析 引言 本书旨在深入探讨通信卫星的总体设计理念、关键技术及其动力学分析的理论与实践。在当前信息爆炸、全球互联互通日益重要的时代背景下，通信卫星作为连接地球与太空的桥梁，其重要性不言而喻。从广播电视到全球定位，从互联网接入到应急通信，通信卫星已经渗透到我们生活的方方面面，并成为支撑现代社会运转不可或缺的基础设施。 本书的编写，汇集了通信卫星领域多位资深专家和科研人员的智慧与经验，力求为读者提供一个系统、全面且深入的视角，理解通信卫星从概念提出到实际运行的全过程。我们不仅关注卫星系统的宏观架构和功能定位，更深入剖析构成系统的每一个关键环节，特别是支撑其稳定运行的动力学基础。 本书的目标读者包括但不限于航天领域的工程师、研究人员、高校师生，以及对通信卫星技术感兴趣的各界人士。我们希望通过本书，能够激发读者对航天科技的兴趣，提升对通信卫星技术的认知水平，并为相关领域的学习和研究提供有力的支持。 第一部分：通信卫星总体设计 通信卫星的总体设计是一个复杂而精密的系统工程，它需要综合考虑任务需求、技术可行性、经济成本以及环境约束等多种因素。本部分将从宏观层面，系统性地阐述通信卫星的总体设计流程和核心要素。 第一章：通信卫星任务分析与需求定义 任何一项工程的起点，都是对其最终任务的清晰定义。通信卫星的设计，首先要明确其承担的通信任务的性质、覆盖范围、业务类型、容量需求以及服务质量要求等。 任务类型分析： 不同的通信任务决定了卫星的轨道选择、载荷配置和功率需求。例如，地球同步轨道（GEO）卫星适合提供广域覆盖的广播电视和固定通信服务；中圆地球轨道（MEO）和低地球轨道（LEO）卫星则更适合构建低延迟、高带宽的互联网接入星座。 业务需求分析： 涉及的业务可能包括固定通信、移动通信、广播电视、数据传输、互联网接入、应急通信等。每种业务对带宽、时延、可靠性、安全性等方面都有不同的要求，这些都将直接影响卫星的设计参数。 覆盖范围与容量： 确定卫星需要覆盖的地理区域，以及需要支持的用户数量和数据吞吐量。这将直接关系到天线的设计、转发器的数量和功率。 服务质量（QoS）要求： 包括信息传输的准确性、可靠性、可用性、安全性以及时延等指标。例如，实时通信业务对时延的要求极高，而数据传输则可能更看重准确性。 系统约束与环境分析： 考虑发射窗口、运载火箭能力、轨道寿命、空间环境（如辐射、碎片）、地面站接入能力以及法规政策等外部约束。 第二章：通信卫星系统架构与分系统设计 通信卫星是一个高度集成的系统，由若干相互关联的分系统组成。总体设计就是要协调好这些分系统，使其协同工作，满足整体任务需求。 有效载荷（Payload）分系统： 这是通信卫星的核心，负责实现通信功能。包括天线（收发天线、波束赋形天线等）、转发器（低噪声放大器LNA、功率放大器PA、混频器、滤波器等）、信号处理单元等。载荷的设计直接决定了卫星的通信能力。 平台（Platform）分系统： 为有效载荷提供运行环境和支持。主要包括： 结构分系统： 承担卫星的机械载荷，保证卫星在发射、轨道运行过程中的结构完整性。 姿态与轨道控制系统（AOCS）： 负责保持卫星在轨姿态的稳定，并将卫星维持在预定的轨道上。这是通信卫星能否稳定工作、精确指向地面站的关键。 能源分系统： 提供卫星运行所需的电力。主要包括太阳电池阵列、蓄电池、电源控制器等。 热控分系统： 维持卫星各部件在适宜的温度范围内工作，防止过热或过冷。 指令与遥测（TT&C）分系统： 实现地面站与卫星之间的指令接收、遥测数据下传以及遥信接收等功能，是卫星运行管理的核心。 数据处理与存储分系统： 对卫星载荷产生的科学数据或通信数据进行处理、存储和管理。 推进分系统： 用于卫星的轨道维持、姿态调整和变轨操作。 第三章：轨道选择与布局 轨道是通信卫星赖以生存和工作的空间环境，轨道的选择对通信覆盖、系统性能和成本有着决定性影响。 地球静止轨道（GEO）： 位于赤道上空约35786公里，卫星绕地球运行的周期与地球自转周期相同，因此相对于地面固定不动。适用于需要连续覆盖大范围区域的通信任务。 中圆地球轨道（MEO）： 轨道高度在2000公里至35786公里之间，其卫星的覆盖范围和时延介于LEO和GEO之间。常用于导航系统（如GPS、北斗）和部分通信星座。 低地球轨道（LEO）： 轨道高度通常在200公里至2000公里之间。卫星运行速度快，覆盖范围相对较小，但时延低。适合构建低时延、高带宽的通信星座，如星链（Starlink）。 极地轨道： 卫星会经过地球的两极，能够覆盖地球的极地地区。 轨道布局策略： 对于LEO和MEO星座，需要设计合理的轨道数量、倾角和升交点赤经，以实现全球或区域的连续覆盖。 第四章：关键技术与创新 通信卫星技术日新月异，不断涌现出新的技术和创新，以提升性能、降低成本、增加功能。 先进天线技术： 如相控阵天线、多波束天线，能够实现灵活的波束指向和功率分配，提高通信效率。 高效转发器设计： 采用更高线性度的功放、更低噪声的LNA，以及先进的信号处理技术，提升信号质量和传输速率。 一体化设计与微型化： 随着微电子技术和材料科学的发展，卫星的关键部件正朝着小型化、集成化方向发展，有助于降低卫星质量和发射成本。 在轨可重构与软件定义卫星： 赋予卫星在轨自主调整功能的能力，提高其灵活性和适应性，能够根据任务需求变化而改变工作模式。 高通量卫星（HTS）技术： 通过采用多点波束和频率复用，显著提升单颗卫星的通信容量。 通信与导航一体化： 将通信功能与导航定位功能集成到同一平台，实现更高效的协同工作。 第二部分：通信卫星动力学分析 动力学分析是通信卫星设计和运行的关键环节，它研究卫星在轨道上的运动规律、姿态变化以及各种外力和内力对卫星的影响。精确的动力学分析是确保卫星稳定运行、精确指向、有效通信的基础。 第五章：轨道动力学基础 轨道动力学是研究天体在引力作用下运动的学科，对于卫星轨道设计、轨道维持和轨道预测至关重要。 牛顿万有引力定律与开普勒定律： 描述了天体运动的基本规律，是轨道动力学的基石。 轨道根数： 用于唯一描述一个轨道，包括半长轴、偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角和真近点角。 轨道摄动力： 除了地球引力外，卫星的轨道还会受到多种摄动力的影响，包括： 地球非球形引力： 地球并非完美球体，其不规则的引力场会引起轨道变化。 太阳与月球引力： 太阳和月球的引力对卫星轨道产生长期和短期的摄动。 大气阻力： 在低轨道上，大气阻力会引起轨道衰减。 太阳光压： 太阳光对卫星表面的作用力，会引起轨道变化。 轨道维持与轨道控制： 根据轨道摄动力的影响，需要定期进行轨道维持操作，以将卫星保持在预定轨道上。这通常通过推进系统完成。 第六章：姿态动力学与控制 姿态动力学研究卫星在太空中的姿态变化，姿态控制系统（AOCS）则负责稳定和控制卫星的姿态。 刚体动力学基本方程： 欧拉方程描述了刚体在惯性系下的姿态运动，是姿态动力学分析的基础。 角动量守恒原理： 在不受外力矩作用时，系统的总角动量保持不变。 姿态扰动力： 引起卫星姿态变化的外部因素，包括： 地球引力梯度力矩： 由于地球引力在卫星不同部位的差异引起。 磁力矩： 地球磁场与卫星上磁性物质相互作用产生。 太阳光压扰动力矩： 太阳光压作用于卫星非对称表面产生。 残余气动力矩： 在低轨道上，残余大气与卫星表面碰撞产生。 内部扰动力矩： 如内部机械部件的转动、燃料的晃动等。 姿态控制策略： 被动姿态控制： 利用自然力矩（如引力梯度）使卫星稳定。 主动姿态控制： 使用执行机构（如反作用轮、磁力矩器、推进器）来纠正和维持姿态。 传感器： 如星敏感器、太阳敏感器、地磁计、陀螺仪等，用于测量卫星的姿态。 控制器设计： 包括PID控制器、最优控制、鲁棒控制等，用于根据测量到的姿态信息，计算出执行机构的控制指令。 第七章：动力学仿真与验证 动力学仿真是在计算机环境中模拟卫星的轨道和姿态运动，是设计验证、任务规划和故障诊断的重要工具。 仿真模型建立： 需要建立包含所有摄动力、扰动力、控制律和执行机构特性的高精度动力学模型。 仿真软件与平台： 使用专业的动力学仿真软件，如STK（Systems Tool Kit）、GMAT（General Mission Analysis Tool）等，对卫星的轨道和姿态进行模拟。 仿真场景设计： 针对不同的任务阶段（发射、变轨、正常工作、故障模式等）设计相应的仿真场景。 仿真结果分析与验证： 对仿真结果进行详细分析，与理论计算、地面测试数据进行比对，确保模型的准确性和设计的可靠性。 蒙特卡洛仿真： 用于评估系统性能在参数不确定性下的鲁棒性，如轨道参数的初始误差、控制系统参数的偏差等。 第八章：轨道动力学在通信系统中的应用 通信卫星的轨道动力学直接影响其通信性能。 通信覆盖分析： 根据卫星轨道和姿态，精确计算其在不同时间段的通信覆盖区域，以及信号强度。 天线指向精度： 姿态控制的精度直接决定了天线指向目标的精确度，进而影响信号传输的质量。 轨道维持与覆盖连续性： 轨道维持操作的及时性与准确性，是确保通信服务连续性的重要保障。 星座协同与干扰避免： 对于多星组成的通信星座，需要精确控制各卫星的轨道和姿态，以实现协同工作，避免相互干扰。 结论 通信卫星的总体设计和动力学分析是相互依存、密不可分的。精密的总体设计需要坚实的动力学理论支撑，而准确的动力学分析则为实现复杂的设计目标提供了可能。本书从宏观到微观，从设计到动力学，力求全面地展现通信卫星的科学内涵和工程实践。 随着科技的不断进步，通信卫星技术正朝着更高性能、更低成本、更智能化的方向发展。我们相信，本书能够为所有投身于通信卫星事业的同仁们提供有价值的参考，激发更多的创新思维，共同推动通信卫星技术迈向新的高峰，为人类社会的信息化建设做出更大的贡献。

评分☆☆☆☆☆

我对于通信卫星的运行轨道和姿态控制的动力学特性一直感到十分着迷。想象一下，一颗小小的卫星，在太空中以极高的速度飞行，同时还要保持精确的指向，为地球提供通信服务，这其中的奥秘需要多么精妙的计算和控制。这本书的书名中明确提到了“动力学分析”，这正是我非常关注的重点。我希望它能深入浅出地讲解如何建立卫星的运动模型，如何分析其在各种外部扰动下的动力学响应，以及如何设计有效的姿态控制系统来补偿这些扰动。例如，它是否会讨论到轨道摄动力学，如地球引力场的非均匀性、大气阻力、太阳光压等对卫星轨道的影响？又是否会详细介绍惯性导航、角动量交换、磁力矩器、反作用轮等姿态控制方法，以及它们在实际应用中的优缺点？这些都是我非常期待在书中找到答案的问题。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我通常不太会被一本技术书籍的“选题”信息所吸引，但这次的“见选题2012D0141”这个编号，却让我产生了一丝好奇。这不像是一些普通出版物的流水线编号，而是隐隐透露出一种学术研究或项目立项的严谨性，仿佛这本书是某个重要研究项目的成果凝结，或者是为了解决某个特定工程难题而精心编写的。这种背景下的书籍，往往在内容的深度、前沿性以及实用性上会有更高的保证。它可能不是为了泛泛而谈，而是为了解决实际问题，将最新的研究成果和工程经验传递给读者。这种“背后有故事”的书籍，读起来总能多一层对作者严谨态度和专业深度的认同感，也让人对书中内容可能包含的创新点和独到见解更加期待。

评分☆☆☆☆☆

当一本技术书籍不仅仅停留在理论层面，而是能够将概念与实际的“总体设计”紧密联系起来时，它的价值就显得尤为突出。我一直认为，工程技术的精髓在于将科学理论转化为可行的产品和系统。因此，我非常希望这本书能够详细阐述通信卫星在实际设计过程中需要考虑的各个方面，例如，它会讨论到天线的设计和布局如何影响信号覆盖范围和通信效率吗？馈电网络、变频器、功率放大器等关键射频组件的选用和集成需要遵循哪些原则？结构的设计是否要考虑到减重、强度和热控等方面的综合平衡？电源系统如何满足卫星长时间的运行需求？而“总体设计”这个词，也暗示了它可能不仅仅关注某个子系统，而是从一个宏观的角度，将各个子系统有机地整合在一起，形成一个功能完整的通信卫星系统。这种全方位的审视，对于理解通信卫星的整体工程架构至关重要。

评分☆☆☆☆☆

我一直对航天工程的各个领域都抱有浓厚的兴趣，尤其是通信卫星这一块，它涉及到非常复杂的系统设计和精密的动力学控制，是现代信息社会不可或缺的关键技术。在市面上寻找一本能够系统性地介绍通信卫星总体设计以及动力学分析的书籍，其实并不容易。很多书籍可能侧重于某一个狭小的技术点，或者过于理论化，脱离实际工程应用。而这本书的书名，直接点出了“总体设计”和“动力学分析”，这两个核心要素的结合，让我觉得它很有可能提供一个全面的视角，将理论与实践紧密结合，深入浅出地讲解通信卫星从概念提出到最终运行的整个生命周期中所涉及的关键技术和工程挑战。这种系统性的介绍，对于想要深入了解这个领域的工程师、学生或者研究人员来说，无疑具有极大的吸引力，能够帮助他们建立起一个完整的知识体系，而不是碎片化的学习。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常简洁大气，没有太多花哨的装饰，这反而让它显得非常专业和有深度。书脊上的书名清晰可见，采用了不易褪色的印刷技术，即使长期摆放在书架上也不会显得陈旧。纸张的质感也很不错，不是那种廉价的、摸起来粗糙的纸，而是略带光泽，手感温润，翻阅时不易产生静电，给人的感觉是印刷质量非常过硬。装订方面，平装本虽然不如精装本那样牢固，但这款平装的装订也非常扎实，书页之间连接紧密，即便频繁翻阅，也不容易出现脱页的情况，这点对于一本技术类的书籍来说非常重要，能够保证内容的完整性。从包装和初步的感官体验来看，这本书就给人一种物有所值的期待，似乎能够承载其内容所蕴含的专业知识，让人迫不及待地想深入其中一探究竟，去了解它到底能为读者带来哪些前沿的通信卫星设计理念和动力学分析方法。