细观力学理论在复合材料损伤

细观力学理论在复合材料损伤演化过程中的研究进展2006.12.8复合材料是由两种或两种以上的组分材料所组成的新材料。根据不同的工程需要，人们可以选取不同的组分材料，采用最适合的复合材料细观结构，优化材料的性能。由于它具有高比强，高比模等许多优于传统金属材料的性能，在航空航天、建筑、机械、化工、设备等许多领域度得到了愈来愈广泛的应用。甚至已成为许多高科技领域的支撑材料。复合材料的核心任务是建立复合材料宏观性能同其组分性能及其细观结构之间的定量关系，并揭示复合材料结构在一定工况下的响应规律及其本质。为复合材料的优化设计、性能评价提供必要的理论依据及手段。它要揭示不同的材料组合具有不同宏观性能的内在机制。并回答诸如：为什么该种复合材料具有如此高的强度、刚度、断裂任性等此类问题。同时它主要的研究背景还在于，根据工程需要选取核实的组分材料，设计最优的复合材料结构对于传统的金属材料来说，可以针对不同的材料测得其宏观材料性能，并列表以供使用。而对于复合材料来说，其组分材料、含量、细观结构等参数稍有变化将产生具有不同宏观性能的不同材料，因此，试图通过实验测得所有材料组合的性能是不能实现的。从这一角度看，复合材料细观力学是有明确的工程应用背景，是复合材料发展的重要理论基础。复合材料细观力学最早期的工作可以认为起源于非均匀介质有效性能的预报。可以追溯到19世纪爱因斯坦关于有两种不同介电性能的电介组成的复合电介质的等效介电常数的预报问题。这类研究的基本问题可归结如下：尽管研究的材料在细观和微观层次上是不均匀的，但总是可以设想存在一有效介质，该有效介质具有与实际非均匀材料同样的响应规律，即具有同样的宏观性能。那么，根据不同的非均匀材料预报它们的等效宏观性能就成了细观力学最早期的研究工作。尽管预报多晶金属材料有效性能也促进了非均匀材料有效性能预报理论的发展，但客观地说，则是由于60年代以来先进复合材料的发展及广泛应用，人们迫切需要有一个理论来确定两种或两种以上材料构成的复合材料如何能达到最好的刚度、热物理特性等宏观性能，这些工程在真正的促进了复合材料有效性能预报理论研究的发展。很多人认为复合材料细观力学的研究等同于复合材料有效性能的预报。有效性能一般指材料的平均性能，尽管它们也依赖于材料的细观结构，但对其细观结构细节并不太敏感，因此，许多预报复合材料性能的工作仅仅包含了纤维体积含量参数作为表征材料细观结构的参数。由于这实际上未充分考虑材料的细观特征，虽然预报方法简单，但是未揭示材料性能和破坏的本质。随着复合材料的发展及广泛应用，人们愈来愈迫切的要求更合理完善的理论来预报复合材料的强度、断裂韧性等有关性能。复合材料强度的预报比复合材料有效性能的预报要复杂的多。这主要由于复合材料的强度取决于十分复杂的损伤演化过程，包括：基体开裂，界面脱胶及纤维断裂等许多现象。作为揭示材料细观损伤演化过程的基础，Hedgepeth提出的剪滞法模型占据了十分重要的地位。应用此模型可以分析复合材料内部一断裂纤维周围的应力分布。因为能够得到由于部分纤维破坏对其它未断裂纤维产生的效果，这就可以揭示复合材料损伤演化规律。剪滞法模型是一简单的近似模型，后来又有大量针对类似问题的研究工作出现。然而，到目前为止，这种载荷传递规律的研究工作还远远不能达到令人满意的程度。最早建立的复合材料细观强度模型可以认为是纤维束强度模型。由于纤维强度的统计分散性，纤维束的破坏也涉及到纤维逐次破坏的损伤过程，但是由于存在有未断裂纤维将平均承担的外加载荷这一简单的载荷传递规律，而使得细观力学分析工作较为简单。虽然人们投入了相当大的精力对复合材料损伤破坏规律及强度、断裂韧性等性能进行研究，但是远未达到令人满意的程度。研究的难点在于复合材料破坏的随机性和复杂性。为了取得较大进展，应该对经典力学的研究方法有所突破。目前复合材料发展的一个重要趋势是结构与功能一体化。由于多场的藕合作用给细观力学建模带来了较大困难，同时，该领域的发展又迫切需要材料细观力学的指导以使得材料的设计及应用水平有所提高。确定基体开裂应力的侨联模型在裂纹扩展还未达到稳定阶段，裂纹面上未断裂的纤维限制了裂纹的张开，从而起到了降低裂纹尖端应力强度因子的赠韧作用。为计算这一阶段基体的开裂应力，人们一般采用有效应力强度因子而不能用能量法，因为这种情况下，直接计算应力强度因子比计算由于裂纹扩展而释放的能量更方便。为了计算机体开裂应力，或有效应力强度因子，一般均采用如下三个步骤。（1）首先必须导出裂纹表面为断裂的桥联纤维承担的载荷与裂纹张开位移之间定量关系，由于纤维及基体界面会产生滑移，这一关系一般不等同于纤维本身的拉伸一位移曲线。（2）利用已经得到的纤维承担的载荷语裂纹张开位移之间的关系，利用数值方法迭代求得在某一外载作用下裂纹的张开位移及裂纹面上纤维所承担的载荷。（3）考虑纤维所承担的桥联载荷。利用断裂力学方法计算有效应力强度因子及基体开裂临界应力。1.纤维承担的载荷与裂纹张开的关系考虑复合材料中含有的一裂纹在沿纤维方向的单轴拉伸载荷3“作用下

裂纹中的纤维并未断裂，而是起到了增韧的作用，限制了裂纹的张开。复合材料所受的载荷与纤维及基体承担的载荷a'及a之间的关系为（1）式中，七及u分别为纤维及基体的体积含量。由于纤维、基体及复合材料发生的轴向变形应相同，因此（2）（3）aaa-f=（2）（3）EfEmEc结合（1）式及（2）式可以得到纤维所承担的载荷af~Euf（11门）mm式中，门=E其中，u式中，门=E其中，umm下图是为计算裂纹表面纤维所承担的载荷而取出的材料单元。AA'及BB，为纤维及基体界面滑移部分的端点，在AA，面之上及BB，面以下纤维及基体中应力为远场力，不因裂纹的存在而改变。并且进一步假设，在滑移部分，纤维与基体界面有一常量摩擦阻力t，其方向与滑移方向相反。由于在AA，面上纤维承担的应力由（3）式确定，这样，在任一位置Z处，纤维所承担的应力为（4）a（Z）=a式中，R为纤维半径，A=—R2为纤维横截面积。纤维所承担应力在裂纹面上（z=l），为

T=b(l)=02tl+A(5)可以导出，在滑移段纤维的应变分布为TOC\o"1-5"\h\z—）=W（4）T=b(l)=02tl+A(5)ff式中，5f（z）为z处纤维的位移。这样，在裂纹面上z=1处，纤维的位移为5f=5f（1）=bfl+T12（7）ff类似地可以假设围绕滑移纤维的基体中应力也是呈线性变化的，当z由0增至l时，机体中应力由远场平均应力减至0，即（8）因此基体中应力分布为因此基体中应力分布为（9）这样裂纹表面的基体相对于AA（9）这样裂纹表面的基体相对于AA，面的位移为（10）因此裂纹的张开位移可写成u=5f-5o-fl+E（10）因此裂纹的张开位移可写成u=5f-5o-fl+Efo-^―12--°^lREf（11）而且REf滑移长度l也可以由2Eu(1+门)（11）式确定为5=5(l)=(12)将式（12）代入（5）式得到裂纹表面纤维施加的桥联载荷同裂纹张开位移u之间的关系(13)16(1+n)2eu2Tu(13)1+1—门2o2R为了方便，可以将（13）是写成无量纲形式

4（1+4（1+门）u]2+1r门2u0」（14）（15）方程(14)式可以退化到稳态基体开裂，当p…时，u-u0，这是稳态开裂的解(16)4（1+门）Eu2(16)R因此，这种情况下得到的稳态开裂应力为一下限值。9140A2003卫星结构与机构技术2007.5.12研究目的：面向未来大型航天器以及微小型航天器不同需求，发展自主知识产权新材料的空间应用，以此发展大尺度、超轻、高比强度、高比刚度的新型结构与机构技术9140A200301新材料的空间应用技术一.概述：先进材料桔树是指新出现和正在发展的，具有优异特性和功能的，能满足武器装备需要的新材料技术。它是涉及材料的组成与结构、制备与加工技术、材料性质及服役性能兼相互关系的知识开发及应用的科学与工程技术。先进材料技术的国防科学技术，国防力量的增强和国民经济的发展具有重要推动作用。在现代社会中，新材料已经成为各工程领域的共性关键技术之一，是高技术的重要组成部分，也是最重要的发展最快的科学之一。先进材料技术是发展武器装备的物质基础和技术先导，是决定武器装备性能的重要因素，也是拓展武器装备新的功能和降低武器装备服役期费用，争取和保持武器装备竞争优势的源动力。新型武器装备的发展起源对军用材料技术的基础研究提出的迫切要求：.武器装备的高性能比要求关键材料的高性能、高可靠性、低成本方向加快发展，其中较为迫切的是：航空发动机长时间使用的高温合金，适应武器装备轻质比要求的轻质结构材料，具有强浸蚀与爆破后控制功能的战斗空中材料，具有承载/透波、吸波、防热、抗辐射等多功能的结构功能一体化材料，满足电子对抗要求的信息功能材料等开展服役环境下材料的基础性研究是解决制约这类材料发展与应用的突破口，将直接支撑先进材料技术的预先研究。.基础性研究是科学技术的源头，提高材料技术研究水平与制备能力，取得具有原创力和自主知识产权的科学技术成果，必须立足于基础性研究。如材料设计理论与设计方法研究，材料制备新原理与新方法研究，材料测试与表征新原理与新方法研究，新概念材料研究等，是促进军用材料与技术的原始创造和提升材料应用研究性的重要保障。先进材料技术基础的重要进展往往直接导致新一代军用材料的产生，并对武器装备技术的突破产生重大影响。武器装备预演基金中先进材料技术领域的基本任务是以先进材料技术军事应用为目的，开展材料的新概念、新原理、新方法、新技术的基础性和前瞻性研究，为军用先进材料技术的发展提供科学理论依据和知识储备。二.国内外研究情况现代高技术的飞速发展为新型武器系统的研制和现有武器装备及提供更高性能的先进材料技术带来了新的机遇。发展同和先进的基础工业水平为武器装备用先进材料的研制生产提供了保障。此外，发达国家还不断强化材料技术对先进武器装备的物质基础作用和技术先导作用，其地位不断提升。通过实施国家级研究计划，发达国家正在大力推进先进材料技术的新一轮升级，以最大限度的提升材料的高性能以支撑武器装备的高性能和高功能。美国国防部制定的面向21世纪的国防科技战略规划体系中，把材料与工业技术定为4个具有较高优先发展的领域之一。美国国家自然科学基金委员会针对美国21世纪国防材料需求设立了专项，重点开展与未来武器系统相关的材料基础研究。发达国家先进材料技术基础研究的发展趋势具有一下突出特点：.复合化：通过微观、细观和宏观层次的复合大幅度提高材料的综合性能，复合材料技术是当今先进材料技术中发展最迅速的领域之一；.多功能化：通过材料的纯净化、均匀化、超细化等精细控制，大幅度提高材料的强度、模量、韧性及其它物理和化学性能，为提高武器装备的性能提供基础；.低成本化：通过节能，采用廉价源材料，改进材料制备和加工技术，提高成品率和材料利用率等方法降低材料制备加工及应用成本；同时材料技术的发展还使武器装备的寿命不断提高，维修费用不断降低，从儿降低武器装备的全寿命周期费用。低成本技术在材料领域是一项高技术含量的技术，对武器装备的研制和生产具有越来越重要的作用。先进材料技术的基础研究在我国受到高度重视，如总装备部设立的国家安全重大基础研究计划(国防‘973'计划)，对具用重大军事需求的关键材料开展前瞻性与基础性技术研究，并且如重点基金，一般基金和相关实验室基金等不同层面的先进材料前瞻性和基础性研究。国家科技部的国家重点基础性计划(国家“973”计划)专门设立了材料技术领域，重点支持面向国民经济材料要求的前瞻性研究。国家自然基金委工程与材料学部重点支持材料的基础理论研究等。在上述计划的支持下开展针对轻质结构材料，树脂基复合材料，超级高温结构材料，结构功能一体化材料以及电子信息材料等方向的基础研究对提高我国武器装备，研制水平起到了重要的推进作用，同时也促进了这些材料新技术的应用。经过半个世纪的努力，我国军用先进材料技术领域已经具有了一定的基础和水平，缩短了与国际先进水平的差距，部分领域已进入国际先进行列。但我国军用先进材料技术与国外整体水平还有较大差距，主要差距表现在：.对未来高新武器装备发展至关重要的关键新材料的基础研究薄弱。对高性能轻质结构材料、高温结构材料、树脂基复合材料透波、烧蚀等结构功能一体化材料，电子信息功能材料等关键材料的基础研究不足，影响了这些材料在武器装备的应用。.基于微观层次的材料设计理论和方法的基础较薄弱。目前新材料研究以跟踪研究为主，作用原创性基础理论研究不足，新材料设计方向主要采用传统的“试错法”。尚未达到基于微观层次的科学的材料的设计阶段，急需要开展材料优化设计理论和方法的研究。.对关键新材料在服役环境下的性能表征和评价方法基础研究不足。在武器装备超常环境下使用的一些关键新材料缺少有效的性能表征和评价方法，已经成为新一代装备发展的必须。.新材料合成制备方法和新技术储备不足，先进材料技术对合成与制备过程的控制依赖性很强，我国军用材料合成与制备新方法的发展主要处于跟踪和模仿，新技术的创新与突破不多，迫切需要用材料合成与制备新理论和新方法支撑新材料的研制与开发能力的提高。.军用新材料的探索研究需要加强。基础学科，如物理、化学生、物等学科研究的突破，往往成为新材料技术产生的源头。紧密结合国内外基础学科的研究成果，探索和发明具有军事用途的新材料与新技术，是先进材料原始创造的重要途径。功能梯度材料裂纹扩展研究2007.6.15随着航天、航空等高新技术领域对材料要求的逐步提高，功能梯度材料随之产生。因其独特性能，在工程中得到了十分广阔的应用。深入研究功能梯度材料的力学行为，特别是载荷作用下的断裂力学行为对于功能梯度材料的实际设计、制造以及工程应用都有着十分重要的意义。为了适应航空航天等高新技术领域对材料提出的苛刻要求，1984年日本材料科学家率先了提出功能梯度材料的概念。功能梯度材料的出现与发展，逐渐受到国际学者的关注。1990年到1996年，国际功能梯度材料顾问委员会分别在日本、美国、瑞典等国家举行了四届功能梯度材料国际会议。近几年来，美国、俄罗斯、德国、英国、瑞士、芬兰及乌克兰等国家也都相继在不同的应用领域开展了功能梯度材料的研究工作。近年来我国也认识到开发研究功能梯度材料的重要性。随着功能梯度材料的发展，其用途已由原来的航天工业扩大到核能源、电子、光学、化学和生物医学等领域，其组成也由金属一陶瓷发展为金属一合金、非金属一金属、非金属一陶瓷等多种组合，应用前景十分广阔。由于功能梯度材料的多方面的良好性能，其理论研究倍受人们关注。对于力学工作者，其破坏性能尤为受到关注。功能梯度材料的材料物性参数是空间坐标的连续函数，并且该函数一般是可导的。因而，其裂纹尖端的应力奇异性长期以来一直受到人们关注。由于数学处理上的困难，目前所分析的大多数功能梯度材料静态裂纹问题一般都假设材料是各向同性弹性体，只有极少数文献涉及到各向异性功能梯度材料的裂纹问题。Ozturk和Erdogan采用指数函数的材料梯度分布形式，应用奇异积分方程技术，研究了正交各向异性功能梯度材料I型平面裂纹问题。对于更一般的各向异性材料梯度分布形式，求解将更加困难。目前，只有少量文献涉及到在机械冲击载荷下功能梯度材料的动态断裂问题，且限于问题的复杂性，这些文献基本上都局限于功能梯度材料的III型裂纹问题(反平面剪切或扭转)。王保林等对非均匀复合材料反平面裂纹问题进行了研究，他们的求解策略为：将非均匀材料沿厚度方向划分为许多均匀材料单层，利用Laplace变换及Fourier变换求解各单层的运动方程，再利用刚度矩阵法表达界面应力与界面位错密度函数的关系，推出控制问题的奇异积分方程，最后利用虚位移原理得出裂纹尖端的动态应力强度因子°Babaei等研究了功能梯度材料过渡层中裂纹的反平面剪切冲击响应问题，结果显示：动态应力强度因子与裂纹自身长度、裂纹与上下均匀材料之间的距离和材料特性等多种因素有关。李春雨等研究了无限大非均匀材料的单裂纹反平面剪切和扭转冲击响应问题。由于采用解析途径分析功能梯度材料时常常要作较强的假定：例如裂纹处于无限大体；材料梯度分布形式为某些特殊函数；裂纹的取向平行或垂直于几何边界；材料变形为弹性变形等。为了计算更普遍的功能梯度材料，人们不得不借助数值方法。有限元方法理论成熟、技术完善，它已成为计算力学中解决工程问题的主要计算方法。虽然如此，在用拉格朗日方法求解金属冲压成型、高速撞击、裂纹动态扩展等涉及大变形的问题时，有限元网格可能会产生严重的扭曲，不仅需要重新划分网格，而且也严中的影响了计算的精度；对于裂纹的动态扩展问题，由于裂纹的扩展方向不能事先确定，因而在计算过程中需要不断地重新划分网格以模拟裂纹的动态扩展过程；有限元近似基于网格，因此必然难于处理与原始网格不一致的不连续性和大变形；复杂的三维结构的有限元网格的生成也是极具挑战性的问题。鉴于有限元的这些缺点，一种基于点的近似，可以彻底或部分消除网格的方法一一无网格法近几年倍受人们关注。Nayroles等人于1992年将移动最小二乘近似(movingleastsquare,MLS)引入Galerkin法中，提出了漫射元法(diffuseelementmethod,DEM)。Belytschko等对DEM进行了改进，在计算形函数导数时保留了被Nayroles忽略的所有项，并利用拉格朗日乘子法引入本质边界条件。提出了无单元Galerkin法(theelement-freegalerkinmethod,EFGM)，掀起了无网格法的研究高潮。这类方法虽然计算费用高，但具有较好的稳定性。Belyschko等给出了EFGM的误差估计，对EFGM方法中的数值积分方案以及近似函数的计算方法进行了深入研究。并将EFGM方法用于动态裂纹扩展的模拟。克服了有限元方法在模拟裂纹扩展时需要不断进行网格重新划分的缺点。Belytschko和Hegen等将EFGM方法和有限元耦合发挥各自的优势。陈建等采用EFGM法计算含有边沿裂纹功能梯度材料的应力强度因子。Babuska和Melenk等］将单位分解有限元法(partitionofunityfiniteelementmethod,PUFEM)和广义有限元法。用该方法求解动态裂纹扩展问题时，可以处理任意裂纹形状，并且不需要重新划分网格。电子封装技术进展2007.10.12电子封装是连接半导体芯片和电子系统的一道桥梁，随着半导体产业的飞速发展及其向各行业的迅速渗透，电子封装已经逐步成为实现半导体芯片功能的一个瓶颈，电子封装因此在近二三十年内或得了巨大的发展，并已经取得了长足的进步。今天的电子封装不但要提供芯片保护，同时还要在一定的成本满足不但增加的性能、可靠性、散热、功率分配等功能。电子封装的设计和制造对系统应用正变得越来越重要，电子封装的设计和制造从一开始就需要从系统入手以获得最佳的性能价格比。一般说来，电子封装对半导体集成电路和器件有四个功能，即:为半导体芯片提供机械支撑和环境保护;接通半导体芯片的电流通路;提供信号的输入和输出通路;提供热通路,散逸半导体芯片产生的热。可以说，电子封装直接影响着集成电路和器件的电、热、光和机械性能，还影响其可靠性和成本，同时，电子封装对系统的小型化常起着关键作用。因此，集成电路和器件要求电子封装具有优良的电性能、热性能、机械性能和光学性能，同时必须具有高的可靠性和低的成本。在封装、组装业高速发展的背景下，以下几点尤为引人注目：底层填料，高密度基板，导电胶，无铅焊接。底层填料可以增加焊点的热疲劳寿命、抵抗机械应力、振动、冲击等的能力。底层填料主要分为流动型和无流动型。流动型通过毛细管现象将底层填料吸入到芯片和基本之间的空隙之中，然后使用热或光进行固化。从材料角度要求其热膨胀系数尽可能与焊点材料相近，玻璃化转变温度高、杨式模量大、离子杂质少、防潮性好、与芯片、钝化层材料、基板材料、阻焊材料等具有良好的粘和强度；从工艺角度来看，要求填充速度快、具有充小空隙的能力、固化时间短，固化后无填料不均匀沉淀等。无流动型底层填料，在回流过程中焊接和固化过程一次完成。由于工艺过程比流动型的底层填料要简单得多，因而可以大大降低生产成本并提高生产效率。无论是流动型还是无流动型的底层焊料，一经固化，期间一般无法返修，这一特性从某种程度上限制了底层填料在产业的应用。近年来在可返修底层填料方面已经取得了很好的进展，现已经开发出在化学可返修、热学可返修、热塑性底层填料等样品。预期相应产品在短期内回逐步走向市场。由于现有基板制备技术已经无法满足技术需求，高密度基板技术应运而生。高密度基板的典型要求如下：线宽/线距，75/75微米焊盘尺寸，150-200微米微通孔尺寸，200微米在通孔方面，现已经发展出激光钻孔、光掩模腐蚀等通孔技术，且这三种技术都获得了一定程度的产业应用。目前高密度基板技术在数字摄像机、通讯和计算机领域已获得了相当程度的应用，且应用范围正不断扩大。与此同时为进一步提高系统的密度，将被动元器件集成于基板制造过程中的技术也已经步入研究开发阶段，在不久的将来有望在一定的范围内获得应用。导电胶焊接由于具有一系列的优点和成本低廉、焊接温度低、不含铅、可以实现很小的引脚间距等，因而近二十年一直颇受关注，并且导电胶焊料在某些领域已获得了很好的运用。在无铅化方面，导电胶至少是共晶锡铅的一个可能的替代方案。随着器件的引脚间距得不断减小，导电胶仍将是锡铅焊接材料的一个强有力的竞争者。无铅焊料：由于PbSn共晶焊料中含有有害健康和环境的铅元素，随着环保意识的不断增强及市场竞争的不断加剧，无铅焊接已经成为一个必然的趋势。但现在无铅焊接仍存在下列三大类问题：价格、性能：到目前为止，已有很多无铅焊料体系得到了充分的研究，但从性价比方面仍然没有任何材料可以和传统锡铅共品焊料相比。助焊剂：现有助焊剂种类很多，但几乎所有体系都是按照锡铅共品焊料设计并优化的。新的焊料体系对助焊剂必定会提出新的要求。同时今后无铅焊料很可能出现多种焊料体系共存的局面，这更加大了助焊剂开发的难度。元器件、基板、焊接设备：由于无铅焊料体系必然会与共晶锡铅材料的熔点不同。焊接温度不同对器件的抵抗热应力和防潮性能的要求必然不同；同时焊接设备也会产生一定的影响。关于无铅焊点的应力应变分析，所以首先要考虑的是焊料的选取。现阶段金属无铅焊料主要是以锡为基础，添加银、铜、铋、锌、钢等第二金属元素组成的合金，并通过微量添加第三、第四种金属元素来调整其熔点和力学物理性能，表1给出了锡基二元合金焊料的优缺点。就使用温度来看，无铅焊料可以分为三类：高温锡-银（铜）系；中温锡-锌系；低温锡-铋系。卫星自主导航及姿态确定技术研究2007.11.2浩瀚星空，星罗棋布，无边无际的太空自古至今都吸引这人类，1957年10月4日，前苏联成功地发射了人类第一颗人造地球卫星，开辟了人类进入空间时代的新纪元，标志着航天技术取得了划时代的成果。近半个世纪以来，航天技术取得了前所未有的巨大成就，同时也成功的在社会生活、国民经济、科学技术、国防建设等各个领域为人类来带来了巨大的社会效益和经济效益。当今世界，航天技术已是一个国家综合国力及科学技术发展的重要标志，也是保卫国家安全必不可少的工具，世界各军事大国都把发展航天技术放在重要位置。现代航天技术的发展，对导航与姿态系统的精度、可靠性等提出了越来越高的要求，同时，卫星微小型化技术和小卫星应用技术的发展，要求导航与姿态系统一体化、低成本化。为了准确、可靠地对航天器进行预定或既定航迹的导航与制导，必须为整个系统提供足够精确和可靠的全部导航及姿态参数信息，因此，精度和可靠性是衡量一个导航与姿态系统的重要准则。在过去的几十年中，仅仅依靠某单一传感器的导航与姿态系统已经远远不能满足当前用户多方面的需求，而以将多种类型的传感器进行优化配置、性能互补的组合导航与姿态系统模式逐步成为现代航天技术发展的必然趋势。随着航天技术及其应用的迅速发展，我国以陆海测控为主的卫星在未来面临着非常严峻的挑战：（1）现代航天应用技术的发展，使空间运行的人造地球卫星数量大大增加，信息传输量急剧增加，完全依靠地面站测控，会引起测控系统的信息阻塞和地面站负担过重。据统计，目前每天来自地球应用卫星的各种数据约为1015,这种迅速增加的数据使得地面测控站的负担