●前言
第1篇 基於功能鏈設計理念的衛星總體設計及實踐
第1章 緒論 3
1.1 引言 3
1.1.1 衛星導航的原理 3
1.1.2導航衛星的空間環境特點 4
1.2 國外導航衛星發展概況 13
1.2.1 GPS導航衛星 13
1.2.2 GLONASS導航衛星 15
1.2.3 Galileo導航衛星 16
1.3 國內導航衛星發展概況 18
1.3.1 概述 18
1.3.2 北鬥一號繫統 19
1.3.3 北鬥二號繫統 19
1.3.4 北鬥三號繫統 20
第2章 基於功能鏈設計理念的衛星總體設計方法 22
2.1 概述 22
2.2 功能鏈的基本思想 22
2.3 結構熱功能鏈 24
2.4 控制功能鏈 25
2.5 電子學功能鏈 26
2.6 載荷功能鏈 27
第3章導航衛星繫統總體方案 29
3.1導航衛星總體任務和功能 29
3.2 總體技術指標 29
3.3 設計基本約束 31
3.4 繫統總體方案 31
3.4.1 結構熱功能鏈 33
3.4.2 控制功能鏈 33
3.4.3 電子學功能鏈 33
3.4.4 載荷功能鏈 34
3.5 衛星構型及飛行方式 35
3.6 整星工作模式 35
3.7 整星信息流 36
3.7.1 星地/星間信息流 36
3.7.2 載荷與平臺之間的信息流 37
3.7.3 平臺內部信息流 37
3.8 衛星設計狀態小結 38
第4章 載荷功能鏈設計 40
4.1導航載荷設計 40
4.1.1 概述 40
4.1.2 任務分析和方案選擇 40
4.1.3 任務、功能及指標 41
4.1.4 組成與配套 42
4.1.5 工作原理及技術方案 42
4.2 自主運行載荷設計 54
4.2.1 繫統配套 54
4.2.2 組成和原理 54
4.2.3 自主設計 55
4.2.4 星間鏈路載荷設計 55
4.3 技術試驗專項設計 57
4.3.1 專項管理終端設計 58
4.3.2 應急測控數傳一體機設計 59
第5章 結構熱功能鏈設計 62
5.1 任務、功能和設計原則 62
5.1.1 任務和功能 62
5.1.2 設計原則 62
5.2 構型布局 63
5.3 結構設計 67
5.3.1 結構總體方案 68
5.3.2 主結構設計 69
5.3.3 結構仿真分析 72
5.3.4 小結 77
5.4 熱設計 77
5.4.1 通用設計 78
5.4.2 原子鐘板熱設計 79
5.4.3 星載相控陣天線與衛星一體化熱設計 82
5.4.4 直接入軌熱控方案設計 86
第6章 控制功能鏈設計 90
6.1 概述 90
6.2 任務分析和方案選擇 90
6.2.1 設計理念 90
6.2.2 設計思路 91
6.2.3 姿態軌道控制策略 96
6.3 基本算法和軟件模型 98
6.3.1 時間繫統 98
6.3.2 坐標繫統 101
6.3.3 動力學建模 104
6.4 任務、功能及指標 119
6.4.1 任務和功能 119
6.4.2 主要技術指標 120
6.5 組成和配套 120
6.6 工作原理及技術方案 121
6.6.1 工作原理 121
6.6.2 工作模式設計 121
6.6.3 單機安裝設計 124
6.6.4 高可靠性及輕量化設計方案 125
6.6.5 自主運行設計 126
6.6.6 軟件設計 127
6.7 敏感器和執行器選型以及配置 129
6.7.1 敏感器 130
6.7.2 執行器 137
6.8 軌道預報和控制 143
6.8.1 軌道預報 143
6.8.2 軌道控制 153
6.9 姿態確定和控制 157
6.9.1 姿態確定 157
6.9.2 姿態控制 161
6.10 太陽帆板控制 167
6.10.1 帆板展開控制 167
6.10.2 SADA 加電控制 167
6.10.3 故障診斷與處理 167
6.10.4 帆板自主控制 167
6.11 地面仿真測試繫統 168
6.11.1 半物理仿真繫統 168
6.11.2 整星集成測試繫統 171
6.12 小結 172
第7章 電子學功能鏈設計 173
7.1 概述 173
7.2 電子學構架及總體考慮 174
7.2.1 體繫架構比較 174
7.2.2 數據總線的比較 176
7.2.3 電子學體繫架構設計 177
7.3 能源設計 178
7.3.1 任務分析和方案選擇 178
7.3.2 任務、功能及指標 181
7.3.3 組成與配套 182
7.3.4 工作原理 186
7.4 星務設計 187
7.4.1 任務分析和方案選擇 187
7.4.2 任務、功能及指標 188
7.4.3 組成與配套 190
7.4.4 工作原理及技術方案 190
7.5 測控設計 200
7.5.1 任務分析和方案選擇 200
7.5.2 任務、功能及指標 201
7.5.3 組成與配套 202
7.5.4 工作原理及技術方案 204
7.6 總體電路設計 205
7.6.1 任務分析和方案選擇 205
7.6.2 任務、功能及指標 207
7.6.3 組成與配套 207
7.6.4 工作原理 208
7.7 衛星常用控制驅動等專項電路 216
7.7.1 磁力矩器、電機等需要正反向控制的功率驅動電路 216
7.7.2 加熱器驅動控制電路 217
7.7.3 SADA驅動及與帆板的電纜連接 217
7.7.4 火工品驅動及電源狀態遙測電路 218
7.7.5 星表保護插頭設計 219
7.7.6 輔母線轉換電路 220
7.7.7 推進驅動控制設計 223
7.7.8 反作用輪力矩控制 224
7.8 常用接口參考電路 225
7.8.1 供電相關接口電路 225
7.8.2 指令輸出接口電路 227
7.8.3 指令接收接口電路 229
7.8.4 模擬量遙測接口電路 231
7.8.5 雙向通信接口 235
7.8.6 DC/DC使用注意事項 244
第2篇 基於創新和目標驅動的衛星繫統工程方法及實踐
第8章 基於創新和目標驅動的衛星繫統工程方法 249
8.1 概述 249
8.2 基於創新的衛星繫統工程方法 250
8.2.1 創新與目標和風險的關繫以及方法的內涵 250
8.2.2 創新目標的選擇方法和途徑以及傳統技術途徑的局限 252
8.2.3 長板理論和在軌賦能適用於長壽命高可靠衛星 253
8.2.4 采用成熟的工藝/產品是創新產品成功的前提和保證 254
8.2.5 底線思維降低風險 255
8.2.6 關鍵項目識別方法-失效樹分析 256
8.2.7 薄弱環節識別和強化試驗盡早暴露風險 262
8.2.8 通過試驗的覆蓋性、充分性、有效性化解風險 263
8.3 基於目標驅動的繫統工程方法 264
8.3.1 目標導向的思維方式和設計方法 264
8.3.2 看門狗思維方法化解風險 265
8.4 小結 265
第9章 高可靠性實現 266
9.1 概述 266
9.2 繫統級可靠性、長壽命設計 266
9.2.1 整星安全模式設計 267
9.2.2 空間環境防護設計 270
9.2.3 繫統級冗餘設計 273
9.2.4 長壽命設計 275
9.3導航衛星軟件可靠性與安全性設計 278
9.3.1 單粒子防護設計 278
9.3.2 軟件重構和信號重構 280
9.4 整星關鍵項目識別及措施 281
9.5 生產過程可靠性控制 285
9.5.1 孤立導體復查 285
9.5.2 大功率產品平面間隙復查 286
9.5.3 空置管腳接地檢查 287
9.6 關鍵單機可靠性專項試驗 287
9.6.1 電子學類單機加速壽命試驗 288
9.6.2 大功率無源單機加速壽命試驗 288
9.7 可靠性管理 293
9.7.1 不同階段工作內容 293
9.7.2 管理的策略 296
9.7.3 實現的途徑 297
9.8 小結 298
第10章 自主運行及高可用性實現 299
10.1 概述 299
10.2 衛星自主運行設計 300
10.2.1 自主導航 300
10.2.2 平臺自主運行 301
10.2.3 自主診斷恢復 301
10.3 平臺自主運行 303
10.3.1 自主熱控管理 304
10.3.2 自主電源管理 305
10.3.3 SADA自主控制 305
10.3.4 平臺軌道外推方案 306
10.3.5 平臺時間精度保持 306
10.4 載荷自主運行 308
10.4.1 時頻及自主運行時間維持方案 308
10.4.2 星間測量數據傳輸 309
10.4.3 自主定軌和星歷生成 310
10.5 衛星自主故障診斷和恢復 312
10.6 小結 313
第11章 整星總裝、測試與試驗 314
11.1 概述 314
11.2 衛星總裝 314
11.2.1 總裝流程 314
11.2.2 總裝檢測 315
11.2.3 機械支持設備 318
11.3 衛星電性能綜合測試 318
11.3.1 測試目的 319
11.3.2 測試技術狀態 319
11.3.3 測試內容 321
11.4 衛星大型試驗 326
11.4.1 力學環境試驗 326
11.4.2 熱真空試驗 328
11.4.3 整星電磁兼容試驗 330
11.5 小結 332
第12章 衛星在軌運行管理 334
12.1 飛行控制 334
12.2 在軌運行管理 335
12.2.1 設計層面-在軌自主運行技術 336
12.2.2 管理層面：在軌管理機制 336
第13章 衛星繫統工程管理 342
13.1 基於功能鏈和目標驅動的繫統工程管理方法 342
13.1.1 概述 342
13.1.2 基於功能鏈的復合矩陣管理模式 343
13.1.3 圍繞提高目標執行率和人的效能梳理的質量體繫 343
13.1.4 基於目標驅動的工作包管理 345
13.1.5 高度協同的設計師跟產管理 346
13.2 衛星工程任務的組織結構、技術流程和管理 346
13.2.1 工程任務組織架構 346
13.2.2 工程組織管理體繫 347
13.2.3 衛星繫統工程研制流程的確定 350
13.3 適應高密度批量生產衛星的技術流程及管理辦法 351
13.3.1 組批研制型號項目流程的策劃 351
13.3.2 雙星並行研制的技術流程 352
13.4 軟件工程及管理 354
13.4.1 軟件研制組織與階段管理 354
13.4.2 衛星總體軟件管理與控制 355
13.4.3 重構軟件配置管理 357
13.5 衛星器件管理 357
13.5.1 質量管控的重點 358
13.5.2 適於器件管理 358
13.6 適應一箭雙星發射的發射場技術流程及管理 359
13.6.1 衛星一箭雙星發射的發射場技術流程 359
13.6.2 基於技術狀態轉移矩陣的發射場流程管理辦法 361
13.6.3 飛行事件保障鏈管理 361
13.7 小結 362
參考文獻 363
索引 367

作者從事載人航天工程建設15年後，又作為中國科學院導航衛星繫統總設計師從事北鬥三號繫統建設10年。《基於功能鏈的導航衛星繫統工程》是作者近25年航天工程研究及實踐經驗的總結。區別於以往分繫統的概念，《基於功能鏈的導航衛星繫統工程》提出了功能鏈設計理念，在簡化繫統結構、提高功能密度以及大幅度降低成本的同時，提高了繫統的固有可靠性。針對北鬥三號研制初期面臨的諸多技術瓶頸和關鍵技術，以及如何處理新技術和風險的關繫，如何提高長壽命、高可靠產品的持續優選性等問題，《基於功能鏈的導航衛星繫統工程》提出並實踐了基於創新和目標驅動的衛星繫統工程方法。百餘人的衛星總體團隊，采用框架面板結構等創新技術研發了中國科學院“啟明”專用導航衛星平臺，在包括試驗衛星首發星在內的2顆試驗衛星和10顆全球組網衛星的北鬥三號工程研制和工程實踐中發揮了重要作用。