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发表于 2010-3-5 10:12:58
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卫星工具集分析软件
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1、卫星工具集(STK,Satellite Tool Kit),由美国Analytical Graphics公司开发的航天分析软件。
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卫星工具集分为基本版、专业版、三维显示、高级三维显示四类。6 r! p; ~; d7 n& T1 a" n
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STK的功能是产生位置和姿态数据、获取时间、遥感器覆盖分析。9 D' P) k* c ?6 W9 l5 U; I
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STK支持飞行体周期的全过程,包括概念、需求、设计、制造、测试、发射、运行和应用等。
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STK是先进的实时(COTS)分析和可视化工具,可以进行航天、卫星等飞行体仿真;可以应用于航天、防御和情报任务;可以快速方便地分析飞行体,获得易于理解的图表和文本形式的分析结果,以确定飞行体的各项参数。
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* o3 h: P8 ?, E# E: Q2005年4月,Analytical Graphics研发出STK/Professionl(STK/PRO),是最新的卫星工具集专业版。0 G5 M( p9 u: s- O
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STK/PRO提供分析引擎用于计算数据、可显示多种形式的二维图像,显示卫星、运载火箭、太空垃圾等目标。STK还有三维可视化模块,提供三维显示。7 ^' z# |& ~+ T. h/ v
8 K3 x# d% |5 K4 N+ D& mSTK/PRO包括:附加的轨道预报算法、姿态定义、坐标类型和坐标系统、遥感器类型、高级的约束条件定义,以及卫星等数据库。对于特定的分析任务,STK提供了附加分析模块,可以解决通信分析、雷达分析、覆盖分析、轨道机动、精确定轨、实时操作等。
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5 g" [- i& h6 \- B2、STK/PRO主要功能
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8 O6 T q* M: B7 D$ A! e% qSTK专业版是高级航天分析工具,计算分析附加数据库、轨道预报、姿态调整、坐标类型和坐标系以及遥感器的定义等。
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(1)计算分析:以复杂的数学算法迅速准确地计算出卫星任意时刻的位置、姿态,评估陆地、海洋、空中和卫星等太空飞行体间的复杂关系,以及卫星或地面站遥感的覆盖区域;
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/ l! T8 @0 X+ z(2)生成星历表:根据计算结果,自动生成轨道/弹道星历表——STK星历表;+ d7 p& |' }7 c
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(3)精确定位:STK复杂的数学算法,可以快速而准确地确定卫星在任意时刻的位置;6 v: B$ U5 ?+ t3 u& H& J# c2 l1 I
. I( d, `1 c3 t(4)生成向导:STK提供卫星轨道生成向导,建立常见的轨道类型如:地球同步、临界倾角、太阳同步、莫尼亚、重复轨道等;3 H% W% i! j% N" x7 j
) I5 Y. E9 ~" a0 S, H* N& w! \6 X4 v(5)可见性分析:计算任意对象间的访问时间并在二维地图窗口动画显示,计算结果为图表或文字报告。可在对象间增加几何约束条件,如遥感器的可视范围、地基或天基系统最小仰角、方位角和可视距离;
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(6)遥感器分析:遥感器可以附加在任何空基或地基对象上,用于可见性分析的精确计算。遥感器覆盖区域的变化动态地显示在二维地图窗口,包括多种遥感器类型,如复杂圆弧、半功率、矩形、扫摆、用户定义;( ]" U( i& \* I: }; U3 g4 p! U- n
J4 \" T R3 n3 K$ J(7)姿态分析:STK提供标准姿态定义,或从外部输入姿态文件(标准四远数姿态文件),为计算姿态运动对其它参数的影响提供多种分析手段;
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8 h6 p2 X% I! f(8)计算图像:STK在二维地图窗口可以显示所有以时间为单位的信息,多个窗口可以分别以不同的投影方式和坐标系显示。/ q! q! g+ h$ b0 F; l
! c4 l ^ [/ BSTK可以向前、向后或实时地显示任务场景的动态变化:空基或地基对象的位置、遥感器覆盖区域、可见情况、光照条件、恒星/行行位置;: X7 k, S0 C- [& e1 W5 y
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(9)图像保存:可将图像结果保存为BMP位图或AVI动画;
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(10)数据报告:STK提供全面的图表和文字报告总结关键信息,包含上百种数据,可以为一个对象对一组对象定制图表和报告。所有报告均以工业标准格式输出,可以输出到常用的电子制表软件中。
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, l. p/ r9 R/ y- R9 K K* E- b3、STK/PRO特性: T( R M! F! x& I+ x
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(1)内容丰富的数据库:包括三个附加数据库,城市数据库/地面站数据库/恒星数据库;
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(2)用于可见性分析的约束定义:超过20个约束条件定义飞行器、遥感器、地面站和其它对象之间的可见性,增强用户的分析性能;
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(3)高精度轨道预报(HPOP):应用高保真力学模型生成不同轨道卫星的星历表,包括:圆轨道、椭圆轨道、抛物线轨道、双曲线轨道,有效范围从地球表面直到月球;
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. R, p6 h, D8 o( I/ Q! A, j(4)长期轨道预报(LOP):精确预报数月或数年的卫星轨道;3 Y, W8 @8 [0 X+ @3 f
* [% |8 b4 {% L# G(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;/ h* [3 m' Y2 E* C2 I4 i
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(6)区域目标:可定义N边形区域,用于地面区域链路计算;$ |5 a9 u+ v7 x
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(7)附加坐标类型和系统:以不同的方式表现卫星的位置和速度信息;
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(8)姿态仿真和指向:定义飞行器姿态,包括19种姿态定义;
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(9)多种遥感器类型:增加了简单圆弧以外的5种遥感器类型:复杂圆弧、半功率、矩形、SAR、自定义。
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4、STK模块% D5 l# u9 t! i, q$ @6 l: J
5 o$ C6 m: W$ E8 I1 S& p(1)基本模块。/ Z' b! E8 U! [% s( Z. g
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(2)分析模块。$ A$ n$ @: f0 W* w6 E! N
/ _ u+ O) w+ F* S% I J5 p8 }(3)综合数据模块。
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(4)扩展与接口。& _6 h0 U; I2 p( N5 A3 O% q# L8 q7 c
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AGI卫星星历( U3 }" h4 s6 e1 J- a* U
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1、AGI卫星星历- `# i& f+ D2 N, x
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AGI由卫星星历和卫星跟踪软件组成。卫星星历和卫星跟踪软件功能强大,是目前应用最广的卫星跟踪、定位、预测工具。AGI卫星星历和卫星跟踪软件成为其他卫星星历和卫星跟踪软件的理论、技术基础。7 l9 ~. R# a0 m9 A
* j; u/ i3 @8 x
AGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。- H4 Q8 c+ J w" h v- E1 N
$ A% w/ J" C& d% k- `发明AGI卫星星历和跟踪软件的是美国的汤姆斯·肖恩(T.S.Thomax Sean Kelso)教授。0 B# G G; M& K8 {8 k9 e" C0 R
1 [# D/ K D j0 M汤姆斯·肖恩1976年毕业于美国空军BS学院,在密苏里-哥伦比亚大学MBA,博士学位论题是《关于地球同步轨道旋转与轨道谐振效果的调查》,博士学位论文题目是:《实时目标跟踪环境》。 n, {3 [1 H& r$ l# [1 d
- a3 R, x& i$ {- ]1 X, R
汤姆斯·肖恩在分析卫星图形方面有深入的研究;在卫星轨道技巧、卫星跟踪模型和软件有专长;在技术分析,包括轨道分析方面成绩突出。他曾参加美国的“猎鹰计划”、哥伦比亚意外事件调查等。他是美国空军技术学会航空学和宇航学(AIAA)教授、曾任空军上校。
) n9 o% c+ w. A! {# F! C1 e' ^
AGI卫星跟踪软件经由卫星工具集(STK)提供超过30000个太空目标,是跟踪、预测、防卫的强大软件。( L$ n- Y. e) @
, A! n& z6 } s
2、AGI软件应用
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AGI软件应用举例,从技术的角度对AGI软件会有很好的了解。
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2007年1月18日,美国政府确认中国用了一颗反卫星(ASAT)导弹在一次武器测试中摧毁一颗报废的气象卫星,被摧毁卫星的残骸碎片已经散布在低地球轨道上,会威胁到其他卫星的安全运转,成为历史上最大的产生碎片的事件,重新引发在空间武器化上的争论。 Q) p0 q$ t, }
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1月23日中国政府宣布:2007年1月12日清晨,中国以发射导弹的方式,成功摧毁退役卫星——“风云”1C卫星。这次试验在距离地面800KM的高空进行。5 r. ^* _8 |" N! K" I9 E
) C& V1 B7 p. j/ ?: r0 F b" [6 @1月19日,AGI利用AGI卫星星历对中国ASAT和“风云”1C残骸碎片的计算、定位、预测报告。
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AGI的测试:! z; D4 Z( C; Q; a" W @/ J" Y. l9 i
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(1)时间:2007年1月11日到1月12日。
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“风云”1C被攻击前5分钟的情况。
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“风云”1C轨道用红色显示、西昌卫星发射中心(XICHANG)的位置用白字显示、其他的碎片用绿色显示,可看到碎片云在轨道的分布情况。) g H, U* X: q- \. t; y
; g j3 G, }2 J) }4 OASAT攻击前AGI文件的画面,五分钟后攻击,“风云”1C被攻击。( I, @! i; r7 L8 j/ \
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(2)时间:2007年6月15日7 \/ t, F; t2 n
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AGI估计:“风云”1C卫星1CM以上轨道碎片超过35000片。碎片云在高度200~4000KM之间,碎片云包围地球。
0 {% x* D7 S* ]( j2 m# [
$ L$ H: d4 }( N7 m# D7 d狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。+ P3 @# f+ G5 W$ o: a# V
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碎片带正逐渐地变宽、分散,如不用颜色区分,碎片和卫星很不容易分清。
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SATCAT是一项分析表示,2007年1月12日,在地球轨道中有1893个可能跟踪的ASAT大碎片列入碎片目录。" a+ s6 y9 [6 C9 L) b* B
* `" s8 t0 ^4 ]8 [( M2 I8 P尽管国际宇宙站尽量回避,但美国和俄国maneuvered国际宇宙站2月2日报告,明确地避免来自“风云”1C的一个碎片。1 |( y2 M$ B& g3 G# n5 q
1 b; m, P" m, b/ z8 z( `% Z1 [一般卫星的碎片会相对地短命;少数达十年之久,并保持在轨道中运行。
. _) \8 o: i6 g* o) v; t3 e& Z( ]! u! m
“风云”1C的碎片目录模型显示:6%的碎片(108块)将会在十年之内坠落;82%将会从现在起保持在轨道中100年。“风云”1C的多数的碎片将会保持长达数世纪之久。
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2007年6月15日止,“风云”1C的碎片又有22个从目录中消失;正式被编入目录的只有1804个。碎片的消失以轨道衰退来表示。0 I6 o, o1 Y0 _2 b
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NORAD跟踪系统
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6 B, ~ J9 p6 g( w1 @位于科罗位多州的北美联合防空司令部(NORAD,The North American Aerospace Defense Command),又称为北美航空太空防卫司令部,总部位于美国科罗拉多州的彼得森(Peterson)空军基地,成立于1957年9月。
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- `1 d/ P+ s3 e3 c6 n; b9 RNORAD按地理位置把北美大陆划分成美国大陆、加拿大和阿拉斯加三个大防空区,各有一个防空司令部:美国阿拉斯加防空司令部(ANR)、美国大陆防空司令部(CONR)和加拿大防空司令部(CANR)。
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# w" m* Q" y2 _% r/ ]北美大陆的联合防卫起源于1940年。1958年5月,美国和加拿大签定了NORAD的协议,确定了美加北美空中联合防卫。
8 |& a8 L. j4 S- D1 b
# ^% n3 A6 E/ N4 G E, C1996年3月,NORAD重新定义为:空中和太空防卫和控制,提供导弹预警和空间监视,扩大、提高了NOARD的任务。2006年5月的NORAD协议又增加了海上防务任务。3 W2 B" k' x& q. l. ] _ V9 V
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NORAD跟踪系统能计算、跟踪、预测所有卫星和太空移动目标。鑫诺二号卫星定位失败的消息,就是NORAD根据运行轨道计算软件计算出来,首先发布消息的。
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" U* k+ \$ P8 R y- {Orbitron卫星运行轨道计算软件 k( }7 S( g. o& V4 b& [9 t
0 C, h6 p. b# W& G7 {Orbitron卫星运行轨道计算软件能监视所有卫星、航天器和太阳系内天体。只要在Orbitron卫星卫星运行轨道计算软件输入相关卫星参数,所有几十项卫星运行参数一目了然,包括刚刚发射升空,进入轨道的卫视。& f2 Z7 e1 g+ ~0 H4 ~
7 ]$ k, s* I$ C
Orbitron由波兰年轻卫星专家塞巴斯蒂昂·斯托福(Sebastian Stoff)研究发明。
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Orbitron软件已经被气象专家、卫星通信、UFO研究和天文爱好者广泛采用,免费向全球各国卫星、天文、气象专家提供服务、使用。& I0 f8 ?3 K$ k! |1 Z9 b
+ d# f$ |. m$ ]8 `: ^# l% }; S. WOrbitron软件可用实时或模拟方式显示在任意时刻卫星与地球的相对位置。Orbitron是此类软件中最容易使用和功能最可大的软件之一。
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1、Orbitron主要功能( W" V. h0 h/ Z; f4 {! q; N2 S( n
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(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;1 h$ ~7 o0 z" n9 \# v& [8 E1 V! {( w; v
5 ~ F& W4 v. R/ F+ X) w(2)全屏显示及简报模式显示;+ E3 \ V* t0 T9 g- j( P' I
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(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;6 Q6 B; V* @5 K9 L
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(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;$ _6 o: f9 L, C; f
2 G4 `* ^# b* r+ C(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);/ R) g7 `; U" _- E; ?6 s
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(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;. r' s1 q" t% } ]
# K7 ?: Y7 N. G. ]9 e. a- o(7)内置一个屏幕保护程序;
0 g+ [& i) ~1 I! u7 ^( D, _; s; g) e% [9 R& l$ a
2、Orbitron特性
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(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;+ @5 Y0 p7 s; B
; u5 C& c( \ d: K. {2 o(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;
4 z5 m4 X8 N) _. j# m; n
% G6 Q! w% J q2 H) }* e+ A9 P(3)能同时追踪全部卫星;
8 e# q: N) `- f# y# e' ?& d! O+ V. L- I7 z+ M5 ^6 Y) m
(4)追踪太阳和月亮;, }# X! O+ p- e7 ]# n) I u
* r8 c* N' {, k
(5)卫星轨道运行信息;
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(6)全球城市数据库;* o A2 b5 E2 B+ m: u2 l5 H
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(7)卫星频率数据库;) r, \3 M6 ]/ m! x: t$ w: {
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(8)雷达扫描卫星;. A3 ]3 m, O% r4 u: S' t, B
- C& r3 |+ `, f" ]; o" f9 n, [6 o(9)支持多国语言;
2 u/ _' A# X1 o1 i6 F0 P$ Q6 E
/ @; C4 L0 z1 ?- Y4 _# A1 W(10)支持来自640*480的荧屏协议;3 S; [7 Y: y1 n- N. B
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(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);& W: n( }5 {" Z2 H P
; {( z6 o- \6 A H$ T R
(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;
1 C) Y$ H" `3 B3 q: _, g5 B m/ u. @7 T0 g' s9 P
(13)英特网TLE updater,经由HTTP;2 N0 i+ I- J [9 c
4 y, `- S% A! Q6 a- ]
(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。
; r2 C/ E# Y7 i) p3 f$ x+ {) }/ F }. i
为了追踪卫星软件精确地工作,应定期更新TLE资料。对于绕轨道运行的卫星(高度少于500千米)TLE数据的低点应该几天更新一次;对于比较高的轨道,每几星期更新TLE。以保证时间同步、卫星位置的精确坐标,尽可能接近真正的时间、轨道的定位和预测。" q5 |) F: W( G
" Q3 V$ _% Y) m2 H) @3、Orbitron应用
* d R' F3 J g( |# J+ t; f: Z0 R" S: M# @, r* i# N( u8 i7 t
2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。0 k6 U% r7 ?7 d5 h& l
8 S* ?/ ]/ N" X6 p! S11月7日,鑫诺2号发射升空第10天。太阳能主电池板没有打开,部分天线亦未能打开,全功能通信控制指令不能正常执行。
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2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。2 {% W5 T& h9 v. Y# K% X. Y
; h2 m3 o8 F: c9 Y$ V8 {( k5 ^
2006年11月19日,卫星经过20天的飞行,仍在预定轨道东经92.2°附近。Orbitron可帮助我们观察鑫诺2号卫星在预定轨道的运行情况。+ v! Q. D$ F* V8 U0 t: q
+ A6 u9 a& C; H3 K7 E" H
(1)2006年11月19日21时,启动Orbitron。Orbitron定位在中国北京计算、观测鑫诺2号卫星。
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8 X" B# o0 O! A8 H/ { e6 A11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。8 o b( b, `0 o1 U
2 w2 t) o9 y8 L& l. d) _
11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。5 S8 x5 w5 f5 N6 n6 I- a
4 F9 B: M" j B: a+ T(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。& E+ _5 H: \' f9 Q% O! w
( v& H8 ~( Q+ o; G/ J11月19日21:32:48时的雷达扫描图:鑫诺2号卫星与月球、太阳的关系参数。
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0 M4 ]9 y1 ^$ O0 w% l' zODTK轨道仿真器
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ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。
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ODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。) G7 {- n g- w2 y1 O( ]7 `
- M7 z( H: M7 j2 u1 R/ p8 XODTK是模拟跟踪数据系统,可综合分析和分散分析、蒙地卡罗分析。ODTK能为卫星控制提供服务,包括轨道参数、星历预测、偏差校准等。ODTK系统可进行参数分析、工作的最佳化、碰撞的可能性的计算。# f! `" {/ D5 j3 w7 l
6 L9 o9 ]4 k8 n( K0 O: q8 @
1、ODTK功能:
V! N$ A' ~- N9 D6 j+ K/ q, e$ T3 y5 F; a4 c( W/ S5 e
为卫星地球站控制中心和操作员追踪卫星,处理操作跟踪数据,预测卫星定位和速度。
# \3 m! b e3 q& W
8 k" p5 R0 u! c2 k0 x- {0 LODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。( u2 z6 R$ I; E2 S7 `
# E( k6 ]% n' e/ b卫星地球站控制中心和操作员通过蒙地卡罗分析,有效了解正确的预测轨道。
2 _ [2 X! O: v
& O8 a4 i5 o2 `& sODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。
5 L1 Q4 L4 H5 M6 j2 D5 X6 l3 s, \! x/ U
2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:
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卫星轨道的误差;( `: j4 p0 W7 u& n
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跟踪偏差和卫星位置;
4 L; k$ I* a# E1 I( c
; Y+ w# L: u( D* R( _% x矫正卫星的校准参数;: x( {# `/ d* b# A0 z! F
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卫星运动的太空环境影响;9 S2 F! t2 [( l" ?8 J1 c# u* n
9 [7 z8 {+ I& [2 m$ o+ h% M
全球定位测量卫星轨道和时间;
: v2 t( H0 u- V, ^* K4 Z$ g K& M# t1 o' T6 h
全球定位测量卫星监视时间;
& t/ j! r6 Y5 O4 F0 z2 C- P, Q4 v7 M4 e
ODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。% w: B1 @6 N, c# ?5 r. S: y; i
5 u% A+ M7 [2 Q/ q4 E
9 J2 @. F, S+ q7 ^
; R/ k8 _1 G6 w6 n5 VStarCalc星图
: d' X) Y( T3 K
" V1 s* \' Y' W' Z( H& x4 @- s0 OStarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。
8 R( z1 @- b' d/ I3 q9 @3 V: F0 p w, k: E; ^9 \8 g6 `* k4 ?/ w
StarCalc星图是软件程序形式的星图,主要是用于天文、卫星、航天器、天体探索。StarCalc的常用版本是5.72版。
) M' s8 f; T' ~. G! R7 f. j Y8 `' z
StarCalc星图能计算星历表,轨道显示;能计算和显示天体、卫星位置;能显示地球上各点所看到的星空星球位置;能以全面、半天球或自动定制的大小缩放显示;能旋转角度、截图。
& [3 A, t4 @9 F9 O9 W) O& z: K9 B+ C5 b$ ?5 m
0 n' q* b! V: [' B- I2 ]) F
# z9 s" t: Y7 ]) l7 [StarCalc星图功能
4 t' F% `4 ~5 W1 Y: Q; _' f! a; T# m# q6 S7 \
1、延展性:星图基于共通的“Plugin StarCalc”介面,可以新增星表等模组作为星图程序的外挂程序;" {4 ^2 F, m8 ~
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2、简单快速:简单快速的演算法,几分之一秒口计算出星空的状态;
6 @3 g) g3 f5 G- F) j& `: a$ v3 D: q% @. ^( ^2 k" u4 N* l7 O
3、技术先进:利用所见即所得技术(WYSIWYG technology,What You See Is What You Get),显示任何星空的放大区域;8 h8 z. m* H$ r
' E4 {2 S3 K( c( S: _4、功能扩大:可以使用SAO星表和Tycho2星表的数据;通过不断扩充的PLUGIN程序接口提供了更多的功能;9 [& ]1 P! n* A! T- G2 k
! R6 E y4 j$ C3 B$ D* A3 V5 u5、数据精确:StarCalc专用的SAO和Tycho2星表的数据下载,能精确计算。
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