STK实验卫星轨道全参数仿真
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GPS卫星定轨研究及STK仿真分析王方豪;王建强【期刊名称】《测绘与空间地理信息》【年(卷),期】2018(041)003【摘要】首先对GPS卫星的轨道定轨的原理进行了简单描述,以卫星的广播星历数据为基础,计算出卫星的16个轨道参数,进而得到该卫星任一时刻的瞬时坐标.以2017年4月7日的GPS07号卫星的广播星历数据为例,计算该GPS卫星当天的轨道坐标,并将结果与当天IGS提供的精密星历所提供的卫星轨道坐标进行比较,计算结果显示广播星历误差可达5 m.最后使用STK软件调用MATLAB软件读取数据进行仿真分析,模拟出卫星的轨道,并计算出卫星的坐标,数值结果可为轨道设计提供技术参考.%Firstly, the article briefly describe the principle of orbit determination of GPS satellites . Based on the satellite ephemeris data, the 16 orbital parameters of the satellite are calculated, and then the instantaneous coordinates of the satellite are obtained. Tak-ing the broadcast ephemeris data of GPS07 satellite on April 7, 2017 as an example, the orbital coordinates of the GPS satellite are calculated and compared it with the satellite orbit coordinates provided by the precise ephemeris provided by IGS. Show broadcast e-phemeris error of up to 5 m. Finally, we use STK software to call MATLAB software to simulate the data, simulate the orbit of satel-lite, and calculate the satellite coordinates, the last numerical results can provide technical reference for track design.【总页数】4页(P42-45)【作者】王方豪;王建强【作者单位】东华理工大学测绘工程学院,江西南昌330013;东华理工大学测绘工程学院,江西南昌330013【正文语种】中文【中图分类】P228.4【相关文献】1.基于STK的不同类型卫星测量弧段定轨结果仿真分析 [J], 王明昳;桂启山;赵新国;李义2.基于STK的GPS卫星可见性仿真分析 [J], 王小静;王俊文3.基于STK的星敏感器在轨视场仿真分析 [J], 李晓云;杜伟;刘付强;莫凡4.基于STK/Matlab的GPS卫星可见性仿真分析 [J], 屈亭;皮亦鸣;曹宗杰5.GPS卫星轨道及钟差对GRACE卫星定轨精度影响 [J], 王雅婷;游为;余彪;范东明;熊宇昊因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于LabVIEW与STK的卫星轨道预报可视化仿真平台设计何思捷;杨磊;陈小前【摘要】A method of designing a satellite orbit prediction visualization platform based on a hardware-in-loop validated simulation system of small satellite is introduced. Satellite Tool Kit is an analysis software widely used in simulating orbit system for satellite, but STK can' t accomplish the relevant function that acquired by the hardware-in-loop validated simulation system mentioned. Based on this requirement, a method of using ActiveX technology in LabVIEW and STK/Connect module to interact the two kinds software is introduced. Through calling STK and u-sing Connect module in STK to obtain the relevant data, finally all the datas in need within a window synchronously can be displaied, which realized the connection between LabVIEW and STK , also accomplished the relevant function and has a applied value.%介绍了在小卫星半实物仿真系统的背景下一个卫星轨道预报可视化仿真平台的设计方法.卫星工具软件(STK)一般用于卫星轨道的可视化仿真中,但仅用STK软件无法满足该小卫星半实物仿真系统关于轨道节点的要求.基于此点,利用LabVIEW的ActiveX模块以及STK的Connect模块实现两种软件交互的方法,通过LabVIEW的ActiveX功能连接STK,利用Connect模块中的指令驱动STK产生卫星的相关数据,最终将有关数据返回至LabVIEW中并显示出来,实现了LabVIEW与STK的无缝连接,完成了卫星半实物仿真系统的相关功能,具有一定的应用价值.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)023【总页数】6页(P5702-5706,5717)【关键词】卫星工具软件(SatelliteToolKit,STK);LabVIEW;ActiveX技术;Connect 模块【作者】何思捷;杨磊;陈小前【作者单位】国防科学与技术大学航天与材料工程学院,长沙410073;国防科学与技术大学航天与材料工程学院,长沙410073;国防科学与技术大学航天与材料工程学院,长沙410073【正文语种】中文【中图分类】TP391.9卫星的研制是一项复杂的系统工程,卫星本身的特殊性决定了从型号的可行性论证到最后正样的形成,开发过程必然要经历反复的分析调试、仿真验证。
基于 STK 软件的北斗导航卫星轨道模拟张大力【摘要】Application of Beidou satellite navigation system has been widely seen .In this paper ,the Beidou Navigation Satellite System taken as the main object of study ,the simulation complete the Beidou satellite navigation system of space by STK ,as well as simulation constellation and satellite orbit of the Beidou navigation satellite system .At the same time the satellite visibility and coverage are realized .Presently , the Beidou system has been under construction ,and the study of this subject on the construction and application of the Beidou Navigation Satellite System has a certain reference value .%北斗卫星导航系统应用日趋广泛,文中以北斗卫星导航系统为主要研究对象,利用STK模拟完整的北斗卫星导航系统空间星座,实现基于STK的北斗系统的星座仿真、卫星轨道仿真,同时完成卫星的可见性分析与卫星覆盖分析,实现北斗卫星导航系统的仿真应用。
目前,北斗卫星导航系统正处于建设阶段,文中结论对北斗卫星导航系统的建设与应用有一定的参考意义。
【期刊名称】《测绘工程》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】6页(P10-14,19)【关键词】北斗卫星导航系统;STK;仿真分析【作者】张大力【作者单位】黑龙江第一测绘工程院,黑龙江哈尔滨 150025【正文语种】中文【中图分类】P228随着计算机和信息技术等高新技术的飞速发展,计算机仿真技术也正在全球范围内得到迅速的推广与应用,并在航空、航天、地面战场模拟及其他复杂任务分析中发挥着越来越重要的作用。
STK卫星仿真软件在天体力学教学中的应用张文昭;高健【摘要】STK卫星工具箱(satellite tool kit)是航天工程中常用的专业仿真平台,在天体力学教学中引入STK卫星工具箱的仿真功能,使天体力学中许多抽象概念和复杂的计算过程都变得生动形象.通过使用STK对天体力学的一些基本问题(如二体问题和限制性三体问题),以及航天工程中的一些具体问题(如月球火箭轨道)进行仿真,不仅促进了学生对于知识点的理解,而且也提高了学生的思维能力和学习兴趣,在实践教学中取得了良好的效果.%The KTK(satellite tool kit) is a popular simulating software in space engineering. By introducing the STK software in the course of Celestial Mechanics, the unintelligible concepts and the complicated formulas become easy and vivid to the students. With the help of STK software, the basic problems of Celestial Mechanics (e. g. , the two-body problem and the restricted three-body problem), and some of the practical problems in the space engineering (e. g. , the orbit of a lunar rocket) , can be easily visualized and simulated. It improves not only the students' understanding of comprehensive knowledge on the key issues of Celestial Mechanics, but also their interests in learning. The application of STK software in the course of Celestial Mechanics has achieved good results in practical teaching.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2013(030)002【总页数】4页(P118-121)【关键词】天体力学;STK卫星工具箱;仿真软件【作者】张文昭;高健【作者单位】北京师范大学天文系,北京100875【正文语种】中文【中图分类】TP391.9天体力学是天文学与力学之间的交叉学科,是天文学的一个重要分支学科,它主要应用力学规律来研究天体的运动规律和形状。
基于STK的SAR卫星轨道预报设计与仿真
代明鑫;张文明;王雪松
【期刊名称】《现代防御技术》
【年(卷),期】2008(036)001
【摘要】SAR(合成孔径雷达)卫星可以全方位全天候的对特定区域进行侦察,对SAR卫星的轨道预报是反SAR前提.首先基于Access数据库建立了SAR卫星数据库;通过STK(卫星工具包)的STK/Connect模块实现了SAR卫星数据库与STK的连接,基于STK平台实时的显示了SAR卫星的在轨运行以及对地覆盖情况;系统的报告生成功能可生成SAR卫星星座在此时间段内对区域的访问报告,根据报告可对访问该区域的SAR卫星进行轨道预报.
【总页数】5页(P5-9)
【作者】代明鑫;张文明;王雪松
【作者单位】国防科技大学,电子科学与工程学院,湖南,长沙,410073;国防科技大学,电子科学与工程学院,湖南,长沙,410073;国防科技大学,电子科学与工程学院,湖南,长沙,410073
【正文语种】中文
【中图分类】P185.18;TP391.9
【相关文献】
1.基于STK轨道预报数据的北斗卫星导航系统频谱监测选址分析 [J], 张琪;林辉
2.基于STK跟踪与数据中继卫星轨道设计与仿真 [J], 张彦;冯书兴
3.基于STK的侦察卫星预警系统设计与仿真 [J], 代明鑫;王雪松;张文明
4.基于STK的卫星轨道机动模型设计与仿真 [J], 张守玉;姜振东
5.基于LabVIEW与STK的卫星轨道预报可视化仿真平台设计 [J], 何思捷;杨磊;陈小前
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基于STK的不同类型卫星测量弧段定轨结果仿真分析2009年第5期总第303期导弹与航天运载技术MISSILEANDSPACEVEHCILENO.52009SumNo.3O3文章编号:1004—7182(2009)05—0026—05基于STK的不同类型卫星测量弧段定轨结果仿真分析王明4支,桂启山,赵新国,李义(装备指挥技术学院试验指挥系,北京,101416)摘要:在不同类型轨道的定轨任务中,相同时间长度的测量弧段,与精密轨道根数相比,有的定轨结果与之非常接近,而有的相差甚远,甚至难以定出初轨.针对上述情况,根据不同类型卫星轨道特征,利用卫星仿真工具包(STK)工具进行仿真与分析,得出轨道的自身形状和大小对测量弧段内的定轨影响很大,因此在选择测量点时应尽量靠近轨道近地点.关键词:卫星测量;卫星仿真工具包;测量弧段;轨道确定中图分类号:TP391.9文献标识码:A SimulationAnalysisofOrbitConfirmationResultsforTelemetryArcSegment0fDifferentSatellitesBasedonSTKWangMingyi,GuiQishan,ZhaoXinguo,LiYi (DepartmentofTestCommanding,AcademyofEquipmentCommandandTechnology,Beij ing,101416)Abstract:Indifferentorbitconfirmationmissions,evenforthetelemetryarcsegmentswithsametimelength,theconfirmation resultsaredifferentcomparingwiththeprecisionprimeparameters.Someareclose,othersar eentirelydifferentandsomeoftheorbitevencannotbeconfirmed.Atthisstate,basedontheorbitcharactersofdifferenttypesofsatelli tes,theSTK(SatelliteToolKit)isusedtosimulateandanalyse.Theresultisgainedthattheshapeandsizeoforbithavegreateffec ttotheorbitconfirmationfortelemetryarcsegment,SOthepointaneartotheperigeeshouldbechosenasthetelemetrypoint forsatellite.KeyWords:Satellitetelemetry;SatelliteToolKit;TelemetryarCsegment;Orbitconfirmatio nO引言航天器的轨道确定是测控系统跟踪测量任务的重要组成部分,入轨段初轨结果是评估航天器发射与星箭分离控制精度的主要手段,也是后续测站跟踪测量的数引来源.因此,入轨段定轨结果至关重要.然而,在航天器的入轨段,剔除有动力工作的时段,可用来定轨的测量数据时间段往往很短,定轨结果有的很差,甚至有些因为不收敛使结果难以定出.而且,相同时长的测控弧段,如30~40S,载人飞船类型的任务较容易计算出定轨结果,而别的类型的任务较困难,定轨结果一致性很差;有时,在设备工作都正常,随机误差相同的情况下,会出现测量时段短的数据定轨结果反而优于测量时段长的现象.影响轨道确定精度的因素,除了数学方法自身的精度外,主要取决于观测资料的测量精度.以往对设备的原因,运动及观测仰角等测量资料的精度影响多有分析,研究如何利用卫星仿真工具包(STK),实现从测量弧段来分析不同类型轨道确定的方法.1仿真总体方案1.1仿真基础STK是由美国AGI公司开发,属于航天工业领先的商品化分析软件.STK/Connect是STK的重要模块之一,提供用户在客户机/服务器环境下与STK连接的功能,使用TCP/IP或UNIXDomainSockets在第3方应用软件与STK之间传输数据(包括实时数据传输),为其他应用程序提供了一个向STK发送消息和接受数据的通讯工具.本文正是通过STK/Connect模块来实现不同类型卫星测量弧段姿态数据的演示.1.2仿真方案仿真程序的总体设计方案如下:a)用VC++6.0(简称VC)编程语言统一程序界收稿日期:2009—04.14作者简介:王民目(1974.),女,博士研究生,研究方向为军事航天指挥自动化第5期王明日等基于STK的不同类型里星量室缱墨墓坌堑Z面,并在界面中进行各种仿真参数的设置和仿真结果的调用并显示.b)在STK中进行卫星相关参数的设置.由于卫星姿态与轨道参数设置复杂,为充分利用STK卫星仿真的优势,程序通过VC启动STK后,在STK界面中进行卫星姿态与轨道参数的设置,然后将设置好的参数传回给Matlab用以数据仿真.c)利用Mat1ab实现卫星姿态控制的数据仿真.用Matlab软件中的VC接口作为引擎,当VC启动Matlab后,将在VC界面下所输入的仿真参数通过引擎传回给后台工作的MaⅡab程序,使其对卫星的姿态控制进行数据仿真,并将结果绘制成图片,然后再通过VC的Picture控件动态载入图片,进行卫星各通道姿态控制响应曲线的实时显示.d)利用STK进行不同类型卫星测量弧段姿态数据的演示.在VC中通过STK/Matlab接口调用STK程序,然后通过Matlab中的仿真数据驱动STK,实现2 种方式的卫星姿态数据报告.程序设计方案如图所示.VC界启动仿真广——————————一参数+卫星姿态与轨道参数Matlab卜卜——————_二卫『:=卫星姿态报告图I程序设计方案示意图2不同类型轨道特征数据仿真?2.1基本原理a)运动平面内的角速度.已知在轨道力学中动量矩积分的标量形式为r20:h(I)式中,为地心距离;为角速度;h为单位质量的动量矩.另,轨道积分为,::(2)r=一=一\二/1+ecos(#一式中为地球引力常数;e为轨道偏心率:0为轨道倾角;为升交点赤经.当式(2)表示椭圆运动时,有:P=a(1一e2)=h.//t(3)式中P为圆锥曲线的半通径;a为轨道半长轴.综合式(1),(3),有:r2o=~/,aa(1一e2)(4)即:~//aa(1-e2)(5)r'b)运动平面内的线速度.由活力公式,可以得到卫星的线速度为v=(兰一)(6)式中v为卫星的线速度.C)运动平面内的速度变化规律.以二体问题为例,由于是作椭圆运动,故卫星的地心距离r是变量,当r=rm.=n(1+e)时,卫星的角速度和线速度v均达到最小值和v;当,::(卜)时,卫星的角速度和线速度v均达到最大值和.换言之,即卫星在近地点附近时,卫星运动得快;卫星在远地点附近时,卫星运动得慢. 将和分别代入式(5)和式(6),可以得=,『~/焉/.t(1-e),厩;一匹al+e,=√?.可见和v的大小只与轨道半长轴a和Y"■一C 偏心率e有关.若轨道半长轴a不变,随着e的增大, 和ym变小,和vm变大;若偏心率e不变,随着n的增大,,,与vm都变小.因为在二体问题中,有r=h,故=,.f是真近点角,其物理意义如图2所示.图中O是辅助圆的圆心,Oe是椭圆的一个焦点(也是坐标原点).P图2椭圆轨道和辅助圆P282.2不同类型轨道特征由于椭圆运动的不均匀性,使得卫星在不同空间位置经过相同时间,其真近点角张角并不相同.下面就4种不同轨道进行仿真计算,包括真近点角随平近点角的变化规律,不同平近点角处30S和120S时长对应真近点角夹角的大小.为了问题的简化,不考虑摄动力的影响,只考虑不变椭圆运动的数据仿真,进行问题的分析.首先,列出几组轨道根数的轨道半长轴n 和轨道偏心率,如表1所示.表1轨道大小和形状序号a/kml6648.1890.010802274736400.76056346l30.1620.84692467054.Ⅸ)o0.895932.2.1不同偏心率轨道真近点角,平近点角变化规律由于对于椭圆的一个焦点,椭圆弧具有对称性,对应4种不同的轨道根数,表2给出了0.180.平近点角处对应的真近点角的值.表2真近点角与平近点角的变化关系平近点角真近点角/(.)(.)根数1根数2根数3根数4O0.ooO0O.oo0O0.0000O.0oo011.02l89411.26179222.17104738.1448222.04378222.16l63741.70264l65.2467833.0656553240931457.56450982.7614044.08750841.8253O770.059l0o94.5569655.10933250.33925479.9128671O3.O11922一上Ⅱ撼续表2平近点角真近点角/(.)根数1根数2根数3根数466.13l12357.96303187.801755109.40453677.15287164.758l2294.239589l14.44389788.17457l70.80901899.594030l18.54730099.19621676.2057721【)4.12526121.974759l010.21779981.034347108.0l896124.896512l111.2393l285.372191I1lI40972127.428773 1212.26075089.28687ll14.39692129.65371913l3.28210592.8362851l7.05525l31.63l213 1414.30337096.069574ll9.44184133.405985 1515.32454099.028278121.601l1l35.012196 1616.345606101.747478123.56808l36.476435 2020.4287l2ll0.759296l30.OO0Ho28141.277977 4040.803790134.941808147076303154.208243 6061.079001147.0455l1155.743433l60.901234 8081.221558155.178970161.649976l65.5111831oo101.215845161.460507166.255708169.129017 120121.064534166733848170.147342172.198491 140140.787336171.424293173.623642174947608 160160.417972175.786665176.865249177.515195 l80180.Ooo0o0l8O.000000180.0o000Ol80.0oo0oo 为了更加形象地说明真近点角随平近点角的变化规律,利用STK工具根据表2的数据显示出了0.360.平近点角处对应的真近点角的数字图像(见图3).ll4274053667992l05l】8131144l57170l8319620922223524826l2742873003l3326339352平近点角/(.)根数1~~根数2…~根数3一一'根数4图3不同轨道类型真近点角与平近点角的变化关系00OOOO0OO如加m第5期王明日等基于STK的不同类型卫星测量弧段定轨结果仿真分292.2.2不同偏心率轨道不同时长真近点角的变化量分别就30s,60S和120S时长在不同平近点角处3定轨结果仿真一32.5《10..5起对应的真近点角的夹角大小进行仿真计算,结果见图4~6.12039587796l151341531721912102292482672863o5324343平近点角,(o) —————————————————————————————————一l——根数1——根——根一一根数4图4在不同平近点角处不同类型轨道30S对应的真近点角的夹角兰6藿421224364851061271镐l691902l1232253274295316337358平近点角,(o)——根数1——根一根{!}fB一一根数4图5在不同平近点角处不同类型轨道60S对应的真近点角的夹角12£1086420 124477093116139162185208231254277300323346平近点角,(.)——根数1——根娄殳2一根麴一一根数4图6在不同平近点角处不同类型轨道120S对应的真近点角的夹角下面仅以根数2为标准轨道,运用STK仿真工具计算50组三元素观测数据,包括测距R,测角A,E,每秒1点,并假设数据无系统差,只有随机差.其随机差的大小分别为=2m,==35".定轨计算采用有摄单位矢量初轨方法(PUVM1),仿真结果如图7所示.从图7的结果看,可以得到如表3所示的不同轨道根数的均方差.30—15注1O;5123456789l11133155177199221243265287309331353平近点(.)——时长3os——时长60s一一时长120s图7在不同平近点角处根数2不同时间间隔对应的真近点角夹角表3根数2不同平近点角处不同时间间隔的定轨偏差平近点角,(.)时长,sd/kmzle,(.))Aa~l()AM.)3053.06946206×10_40.04220.o0260.1O620.0969060l1.7521.0208×10_40.01530.ool90.03710.0339l2O3.0880.2582×10.50.00520.00150.0128O.Ol1730243.457l17800X100.04780.70080.83330.7585106049.13423377X10-40.01790.29030_31720.3040l209.18220.4504×10.0.oo620.11200l18l0.1l54由此可得出以下结果:a)航天器在轨道面内的运动角速度和线速度v的大小只与轨道半长轴a和偏心率e有关;b)若a,e同时增大,和v都变小,而和v要根据n,e增大的量级进行计算,才能确定其结果是变大还是变小;c)相同平近点处起,随着时间的间隔变长真近点角的夹角也变大;d)同一轨道根数,随着平近点角(0.180.)的增大,相同时问间隔对应的真近点角的夹角变小.平近点角180.360.处真近点角夹角的变化规律与前者存在对称关系;e)同一轨道根数,相同平近点处起,随着观测时间的跨度变长,定轨精度变高;f)同一轨道根数,相同时间的间隔,随着平近点角(0.180.)的增大,定轨精度变差.4结论上述原理及仿真计算结果说明,轨道自身的形状和大小对有限时长测量弧段内的定轨是有影响的,尤其是大偏心率类型轨道,测量点位的选择尤为重要.对于陆基测量站而言,只能从轨道设计时多加以考虑;对于海上机动测量站,由于其测量点位是可移动的,所以在有限选择空间内,尽量靠近轨道近地点附近进行测量.参考文献[1】刘林.航天器轨道理论fM】.北京:国防工业出版社,2000—06.[2】赵祖恒.基于STK的外部数据驱动可视化演示验证技术研究[D].北京: 装备指挥技术学院,2004—06.[3]刁华飞.STK的Matlab接口设计与实现[D】.北京:装备指挥技术学院,2006.06.。
2006年2月第17卷第1期装备指挥技术学院学报Journal o f the Academy of Equipment Command &T echnolog y F ebr ua ry 2006V ol.17 N o 1收稿日期:2005-07-07 基金项目:部委级资助项目作者简介:张占月(1973-),男(汉族),河北吴桥人,高级工程师,博士研究生.基于STK 的航天任务仿真方案分析张占月, 徐艳丽, 曾国强(装备指挥技术学院,航天装备系,北京101417)摘 要:在对卫星工具箱软件(satellite too l kit,STK)进行全面分析基础上,提出了利用ST K 进行航天任务仿真的3种主要方案。
分析了各种方案的优劣,然后结合3个典型仿真实例分析了STK 软件在航天任务仿真中的作用,最后得出结论:ST K 软件适宜仿真对象数目不多、非实时、对可视化要求较高的航天任务;结合用户程序对ST K 进行系统集成是使用ST K 软件的最有效方式;利用STK/Co nnect 接口进行二次开发的系统集成方案最适合时间紧、功能要求相对简单的航天任务可视化仿真。
关 键 词:卫星工具箱软件;航天任务仿真;系统集成;可视仿真中图分类号:V 443.5文献标识码:A 文章编号:1673-0127(2006)01-0048-04Analysis on the STK -based Space Mission SimulationZH AN G Zhanyue, XU Yanli, ZEN G Guoqiang(Department of S pace Equipment,th e Acad emy of Equipment C om man d &T echnology,Beijing 101416,China)Abstract :Based on the fully analy sis to the satellite to ol kit(ST K)softw are,thr ee prim ary meth -o ds to carry space mission simulatio n are put forw ard,and the strong and short points of the methods ar e analyzed.T hen the functions of STK in space m ission simulation are analyzed acco rding to threety pical sim ulation instances.Finally the conclusions based on abo ve studies are drawn.ST K softw are suit fo r the space m issio n simulatio n w hich counts of simulation o bjects is few ,simulation aren't rea-l tim e,and simulation r equire high v ideo quality.Integ ratio n STK softw are w ith user prog ram is mo st effective w ay.Integration method of second developm ent based on ST K/Connect inter face is m ost suit fo r space missio n simulation that m issio n period is short and functions required are relativ ely sim ple.Key words:satellite too l kit;space m issio n simulatio n;sy stem integ ratio n;video sim ulation 航天任务仿真是进行航天任务分析与设计的重要技术手段。
航天课程实验平台:基于STK的卫星总体任务分析与设计实验指导书前言实验背景随着我国航天事业的蓬勃发展,为了培养高层次的专业化航天人才,本学科拟建成航天类课程实验平台,并准备为研究生开设相关实验课程。
本平台是利用国际先进的STK软件进行二次开发而形成的,Satellite Tool Kit 即卫星工具包,是航天工业领先的商品化分析软件,它可以快速方便地分析复杂的陆、海、空、天任务,并提供易于理解的图表和文本形式的分析结果,确定最佳解决方案。
它支持航天任务周期的全过程,包括政策、概念、需求、设计、制造、测试、发射、运行和应用。
实验目的及任务该实验平台的建设目标是培养学生对飞行器设计理论与实验方法的掌握,对仿真实验的理解与操作,提高动手能力,为将来毕业走上工作岗位打下扎实的基础。
因此,本实验平台将成为航天类课程教学的一个重要内容。
本实验平台集教学与实验为一体,充分发挥学生的创造性,培养学生实际应用能力。
使学生能将所学的专业知识具体化、形象化、可视化,达到全方位立体化的教学效果。
实验组成实验平台主要由以下五个部分组成:1.太阳同步/回归轨道设计与分析2.地面站测控方案设计与分析3.地面目标覆盖特性分析4.卫星太阳电池阵光照特性分析5.卫星机动轨道的斯基与分析实验设备硬件:标配计算机一台,其它仿真设备若干软件:Windows XP操作系统,4.0版本以上STK软件实验1:太阳同步/回归轨道设计与分析1.1 实验目的●了解STK软件的一般功能●掌握STK软件的基本操作●学会如何建立新场景●学会如何创建设置新卫星1.2 实验步骤一.建立与设置场景在创建卫星之前,我们要学会如何建立基本场景(Scenario)。
1.启动STK,点击Scenario图标创建新场景,命名为1Scenario。
2.在对象浏览器窗口选中1Scenario,然后从Properties菜单中选择Basic也可以右键点击场景1Scenario,在弹出的快捷菜单中选择Basic。
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实验一 卫星轨道参数仿真
一、实验目的
1、了解STK的基本功能;
2、掌握六个轨道参数的几何意义;
3、掌握极地轨道、太阳同步轨道、地球同步轨道等典型轨道的特点。
二、实验环境
卫星仿真工具包STK
三、实验原理
(1)卫星轨道参数
六个轨道参数中,两个轨道参数确定轨道大小和形状,两个轨道参数确定轨道平面
在空间中的位置,一个轨道参数确定轨道在轨道平面内的指向,一个参数确定卫星在轨
道上的位置。
• 轨道大小和形状参数:
这两个参数是相互关联的,第一个参数定义之后第二个参数也被确定。
第一个参数 第二个参数
semimajor axis 半长轴 Eccentricity 偏心率
apogee radius 远地点半径 perigee radius 近地点半径
apogee altitude 远地点高度 perigee altitude 近地点高度
Period 轨道周期 Eccentricity 偏心率
mean motion平动 Eccentricity 偏心率
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图1 决定轨道大小和形状的参数
• 轨道位置参数:
轨道倾角(Inclination)轨道平面与赤道平面夹角
升交点赤经(RAAN)赤道平面春分点向右与升交点夹角
近地点幅角(argument of perigee)升交点与近地点夹角
• 卫星位置参数:
表1 卫星位置参数
参数 说明
True Anomaly 真近点角(近地点与卫星之间的地心角距,从近地点沿
卫星运动方向度量)
Mean Anomaly 平近点角(卫星从近地点开始按平均轨道角速度运动转
过的角度)
Eccentric Anomaly 偏近点角(近地点和卫星对轨道长轴垂线的反向延长线
与椭圆外切圆的交点之间的圆心角距)
Argument of Latitude 纬度幅角(升交点到卫星的地心张角,从升交点沿卫星
运动方向度量)
Time Past Ascending Node 过升交点时间
Time Past Perigee 过近地点时间
(2)星下点轨迹
在不考虑地球自转时,航天器的星下点轨迹直接用赤经α、赤纬δ表示(如图2)。
直接由轨道根数求得航天器的赤经赤纬。
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X
Z
Y
S
N
P
i
f
Ω
ω
O
D
δ
Δα
图2 航天器星下点的球面解法
在球面直角三角形SND中:
)tan(costancostan)sin(sinsinsinsinfiui
fiui
(1)
由于地球自转和摄动影响,相邻轨道周期的星下点轨迹不可能重合。设地球自转角
速度为E,t0时刻格林尼治恒星时为0GS,则任一时刻格林尼治恒星时GS可表示成:
)(00ttSSEGG
(2)
在考虑地球自转时,星下点地心纬度 与航天器赤纬δ仍然相等,星下点经度()
与航天器赤经α的关系为:
)(00ttSS
EG
G
(3)
将(1)代入上式,得到计算空间目标星下点地心经纬度,的公式,即空间目
标的星下点轨迹方程为:
)sinarcsin(sin)()tanarctan(cos00ui
ttSui
EG
(4)
其中 为星下点的地理纬度, 为星下点的地理经度,u是纬度幅角,E为地球自
转角速度。由(4)中的第二式可知,i =90时, 取极大值max。i =-90时, 取极小
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值min,且有
ii180
max
9090ii,180minii 9090ii (5)
因此,空间目标的轨道倾角决定了星下点轨迹能达到的南北纬的极值。
四、实验内容
1、结合六个轨道参数的几何意义,每个轨道参数分别取不同值,给出相应的三维图;
2、分析二体条件下圆轨道(根据向导添加)六个轨道参数随时间的变化规律;
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卫星参数设置
半长轴
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偏心率
轨道倾角
升交点赤经
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近地点幅角
真近点角
3、比较分析Polar Orbit、Sun-Synchronous Orbit、HEO、GSO、GEO卫星的特点,
并给出相应的图示说明。
(1)Polar Orbit(极地轨道):
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(2)Sun-Synchronous Orbit(太阳同步轨道):
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(3)HEO(高地球轨道):
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(4)GSO(地球静止轨道):
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(5)GEO(地球同步轨道):
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(加文字描述各种轨道突出特点)