# SpaceAST

**Repository Path**: space-ast/ast

## Basic Information

- **Project Name**: SpaceAST
- **Description**: 🛰️航天仿真算法库，提供了轨道力学、姿态控制、轨迹规划等核心算法的现代C++实现。
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Apache-2.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: https://space-ast.github.io/ast
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 10
- **Forks**: 3
- **Created**: 2025-11-15
- **Last Updated**: 2026-10-11

## Categories & Tags

**Categories**: mathlibs

**Tags**: 航天, 算法, 动力学, 仿真, 轨道

## README

# 🛰️ 航天仿真算法库 SpaceAST

[![Codacy Badge](https://api.codacy.com/project/badge/Grade/5f27ba68ec9a4928b5b863cd1bc10c81)](https://app.codacy.com/gh/space-ast/ast?utm_source=github.com&utm_medium=referral&utm_content=space-ast/ast&utm_campaign=Badge_Grade)
[![codecov](https://codecov.io/gh/space-ast/ast/graph/badge.svg?token=FIUMJKSPGZ)](https://codecov.io/gh/space-ast/ast)
![build](https://img.shields.io/github/actions/workflow/status/space-ast/ast/build.yml?branch=master&style=flat-square&logo=windows)
![C++](https://img.shields.io/badge/C++-11+-blue.svg)
![License](https://img.shields.io/badge/License-Apache2.0-green.svg)
![Platform](https://img.shields.io/badge/platform-linux%20%7C%20windows%20%7C%20mingw%20%7C%20wasm-lightgrey.svg)

[English](README.md) | 中文

**space-ast** 是一个专注于航天仿真领域的算法库。

它提供了轨道动力学、姿态仿真、轨迹规划、测控窗口分析等核心算法的现代C++实现，为航天任务分析和设计提供计算基础。


预编译二进制包与自安装源码包的下载地址：<https://github.com/space-ast/ast/releases>

如果你想要了解更多，请参考：[使用指南](https://space-ast.github.io/ast/), [API文档](https://space-ast.github.io/ast/api/), [Github](https://github.com/space-ast/ast)以及 [Gitee](https://gitee.com/space-ast/ast) 和 [GitCode](https://gitcode.com/space-ast/ast)。


## 主要功能模块

### [数学模块](src/AstMath/)

提供航天动力学所需的底层数学支持，是整个库的数值计算基础。

- 线性代数：矩阵、向量以及相关运算函数；
- 姿态：四元数、轴角、欧拉角等表示方法与转换函数；
- 坐标转换：包括位置坐标的转换，以及附带速度转换的运动学版本，支持坐标转换的任意组合与求逆；
- 常微分方程：固定步长积分器（RK4、RK8、RKV8）与自适应步长积分器（RKF45、RKF56、RKF78、RKCK），含事件检测器与状态观测器；
- 非线性方程：割线法、Ridder、Brent、二分法等多种求根算法；
- 函数极值：Brent、黄金分割等求极值算法；
- 插值：抽象插值接口与拉格朗日插值器；


### [工具模块](src/AstUtil/)

提供解析、压缩、网络、反射等通用基础设施。

- 单位量纲：提供高效灵活的量纲类型与单位类型，支持基本运算、单位转换、自定义单位等；
- 反射：提供运行时类型信息，支持动态类型检查、属性访问等操作；
- 解析器：提供 JSON、XML、Markdown、DAF、键值文件等格式的解析器；
- 压缩解压：支持 tar/tgz/zip 多种格式的压缩解压操作；
- 网络：提供文件下载、HTTP请求等支持；
- 其他：字符串处理、文件系统、日志系统、国际化、颜色、C++拓展容器等；


### [太空环境模块](src/AstWeather/)

提供大气密度、地磁场与辐射带模型。

- 大气模型：USSA1976、JacchiaRoberts、Harris-Priester、NRLMSISE-00、MSIS-86、MSISE-90、DTM-2012 等模型；
- 地磁场模型：IGRF 国际地磁参考场；
- 辐射带模型：AE8/AP8 辐射带电子/质子模型；

### [核心计算模块](src/AstCore/)

提供坐标系统、力模型、轨道预报、轨道设计、可见性分析、碰撞检测等完整的航天动力学计算能力。

- 时间系统：包括高精度时间点类型、儒略日、闰秒、EOP、不同时间系统转换；
- 坐标系统：提供完整的坐标系层次，包括ICRF、J2000、天体惯性系、天体固连系、真赤道系、平赤道系、VVLH、VNC等；
- 轨道预报：SGP4、HPOP、J2/J4 解析解、二体、Vinti等轨道预报器；
- 星历加载：支持加载DE、SPK、STK等格式的星历文件；
- 力模型：提供点质量引力、重力场、三体引力、大气阻力、太阳光压等摄动力模型；
- 轨道根数：经典轨道根数、春分点根数、德洛奈根数、球坐标、大地坐标、B平面状态等状态量的定义与相互转换；
- 轨道设计器：冻结轨道、太阳同步轨道、闪电轨道、回归轨道、静止轨道等轨道设计器；
- 访问窗口分析：可精确计算满足给定约束的时间窗口，并支持约束之间的任意逻辑组合；
- 碰撞检测：检测航天器之间的碰撞，返回最接近时刻、最小距离、相对速度等数据；
- 数据库：TLE数据库加载、CelesTrak卫星数据库加载；


### 其他扩展模块

- [仿真模块](src/AstSim/): 定义各类对象（飞行器、地面站、天线、传感器等）及其运动与姿态模型；
- [AI模块](src/AstAI/): 提供与大语言模型集成的框架，支持工具调用、Agent定义、群聊等；
- [脚本模块](src/AstScript/): 提供内置的脚本解释器，并提供了外部脚本语言执行器；
- [可视化模块](src/AstVisualization/): 提供仿真数据的二维和三维可视化功能；
- [用户界面模块](src/AstUiCore/): 提供算法组件的交互式界面控件，以支持参数配置、结果展示等；
- [SPICE模块](src/AstSPICE/): 对核心算法进行轻量封装，提供与 NASA SPICE 兼容的接口；
- [场景加载模块](src/AstLoader/): 解析 STK/GMAT 格式的配置文件，构建仿真对象；
- [Web Assembly模块](src/AstWasm/): 提供Web Assembly接口，支持在浏览器中调用算法；
- [Python模块](src/AstPy/): 提供Python接口，支持在Python环境中调用算法；


## 快速开始

### 环境要求

- C++11兼容编译器 (MSVC 2015+, GCC 5+, clang)
- [xmake 2.9+](https://xmake.io/)


### 构建项目


```bash
git clone https://github.com/space-ast/ast.git --depth=1
cd ast
xmake
```

## 项目架构

```
ast/
├── data/          # 数据
├── docs/          # 文档
├── examples/      # 示例代码
├── include/       # 头文件
├── projects/      # 示例工程
├── repo/          # 第三方库配置文件
├── scripts/       # 工具脚本
├── src/           # 源文件
├── test/          # 单元测试
└── thirdparty/    # 第三方库
```

## API 设计理念

- **简单易用**：提供简洁的API接口，方便开发者快速集成到项目中。
- **高度可定制**：允许开发者根据需求自定义算法参数和行为。
- **性能优化**：针对航天仿真场景，对关键算法进行了性能优化。

## 代码规范

### 命名规范

项目采用以下命名约定：

```cpp
// 命名空间 ast
namespace ast
{
    // 类型 - 无前缀
    class OrbitPropagator;

    // 全局函数 - 单个'a'前缀
    aPropagateOrbit();
    aSolveLambert();
    aRotateQuaternion();

    // 枚举 - 'E' 和 'e' 前缀
    enum EFrame { eECI, eECEF }; 

    // 常量 - 'k' 前缀
    const kEps15 = 1e-15;
}
```

在以上命名规范里，所有以小写字母开头的都有值或者地址


### 注释规范

遵循Doxygen注释规范，函数、文件、类的注释采用`///`格式，其他多行注释也可采用`/*! ... */`格式。

- **函数注释**：每个函数都需要包含详细的注释，包括参数说明、返回值、异常情况等。

- **类注释**：每个类都需要包含详细的注释，包括功能描述、成员变量、成员函数等。

- **文件注释**：每个源文件都需要包含文件头注释，包括文件名、作者、日期、版权信息等。


## 参与贡献

我们欢迎各种形式的贡献！无论是代码改进、文档完善、bug报告还是新功能建议，都是对项目的宝贵支持。

### 贡献流程

1. Fork 本仓库
2. 创建功能分支 (`git checkout -b feature/AmazingFeature`)
3. 提交更改 (`git commit -m 'feat: 新增某功能特性'`)
4. 推送到分支 (`git push origin feature/AmazingFeature`)
5. 开启 Pull Request

请确保代码遵循项目的编码规范，并添加相应的测试用例。

## 许可证

本项目采用 Apache2.0 许可证 - 详见 [LICENSE](LICENSE) 文件。


## 联系我们

- 讨论区: [GitHub Discussions](https://github.com/space-ast/ast/discussions)
- 问题报告: [GitHub Issues](https://github.com/space-ast/ast/issues)


## 参考资料

本项目的开发参考和使用了很多资料与工具，感谢所有开源社区贡献者的辛勤工作、航天仿真领域研究人员的理论贡献，以及行业标杆软件的启发，这些宝贵的资源为ast项目的开发提供了坚实的基础。

### 开源代码

- [Orekit](https://www.orekit.org/): Java语言编写的航天动力学库，提供丰富的轨道和姿态算法
- [GMAT](https://gmat.atlassian.net/): 通用任务分析工具，NASA开源的航天任务分析软件
- [Pagmo2](https://esa.github.io/pagmo2/): 欧洲空间局开发的并行全局优化库
- [PyGMO2](https://esa.github.io/pygmo2/): Pagmo2的Python绑定，用于科学计算的优化工具
- [PyKEP](https://esa.github.io/pykep/): 欧洲空间局的航天动力学Python库，专注于轨道优化
- [brahe](https://github.com/duncaneddy/brahe): 一个Rust航天动力学库，可用于研究和工程应用
- [satkit](https://github.com/ssmichael1/satkit): 一个Rust航天动力学库，实现了一些航天中的基础功能
- [AstroLib](https://gitee.com/wanghmail/AstroLib): 航天/卫星建模与仿真算法库
- [Eigen](http://eigen.tuxfamily.org/): 高性能C++模板库，用于线性代数、矩阵和向量运算
- [Scipy](https://scipy.org/): 一个Python库，用于科学计算和技术计算，提供了许多数学、科学和工程领域的功能
- [GNU Octave](https://octave.org/): 开源数值计算软件，提供与MATLAB兼容的语法
- [Hipparchus](https://hipparchus.org/): 一个Java数学库，提供了丰富的数学函数和算法
- [Qt](https://www.qt.io/): 跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架
- [Python](https://www.python.org/): 流行的通用编程语言，在科学计算领域广泛应用
- [julia](https://julialang.org/): 一种高性能的动态编程语言，专为科学计算和数值分析而设计
- [glibc](https://www.gnu.org/software/libc/): GNU C库，提供了C语言标准库的实现
- [abseil](https://abseil.io/): 一个C++库，提供了许多常用的功能，如字符串处理、内存管理、并发编程等，是Google开源的一个项目

### 行业软件

以下行业软件为航天仿真领域的标杆工具，其功能设计为本项目提供了重要参考：

- [STK](https://www.ansys.com/products/missions/ansys-stk): Ansys公司（原AGI）的商业航天任务分析、设计与可视化软件，广泛用于航天任务全生命周期
- [FreeFlyer](https://ai-solutions.com/): a.i. solutions公司的商业航天任务设计与分析软件，支持轨道规划、机动分析和星座设计
- [Copernicus](https://www.nasa.gov/general/copernicus/): NASA开发的航天任务轨迹设计与优化软件，支持从近地轨道到深空探测的全场景轨迹规划

## 项目依赖

### 工具链

- [Xmake](https://xmake.io/): 基于Lua的现代化C/C++构建工具

### 第三方库

项目所依赖的第三方库均为可选项，用户可以根据需要选择是否引入

- [fmt](https://fmt.dev/): 用于格式化字符串的C++库，提供了类似于Python的格式化语法
- [Qt](https://www.qt.io/): 跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架
- [SPICE](https://naif.jpl.nasa.gov/naif/toolkit.html): NASA导航和辅助信息设施(NAIF)提供的一套软件库
- [Matplot++](https://github.com/alandefreitas/matplotplusplus): 用于绘制2D和3D图表的C++库，提供了类似于MATLAB的语法
- [agg](https://agg.sourceforge.net/antigrain.com/index.html): 提供高质量 2D 矢量图形渲染能力，支持子像素分辨率和抗锯齿
- [gtest](https://github.com/google/googletest): C++单元测试框架，用于编写和运行单元测试
- [benchmark](https://github.com/google/benchmark): C++性能测试框架，用于测量代码性能指标
- [vtk](https://www.vtk.org/): 一个跨平台的可视化工具库，用于渲染和交互显示科学数据
- [replxx](https://github.com/AmokHuginnsson/replxx): 提供交互式命令行输入功能，包括行编辑、历史记录、Tab 补全、提示符等

## 项目名称灵感

ast 源自希腊语词根 astēr(ἀστήρ)，意为星辰，天然带有星际空间的意象，并与 astronomy（天文学）、astronaut（宇航员）、astrodynamics（航天动力学）、asteroid（小行星）等同源。专业上，AST 可展开为：

- Aerospace Simulation Tool: 航天仿真工具
- Advanced Space Technology: 先进空间技术  
- Astrodynamics Solver Tool: 航天动力学求解工具