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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: e* A2 r$ F2 u. s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。5 a4 t2 ~2 `) F+ g
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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。
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0 n1 l0 I1 P/ A* H" a' w% xSTK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。5 r9 O) m7 g, Z/ p% n3 P0 h
" j: U, T3 h. V/ V# pSTK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。9 x5 c3 w8 o" l2 E, n
+ X! ?2 G( B. {+ j! f5 K* ^2005年4月,Analytical Graphics研发出STK/Professionl(STK/PRO),是最新的卫星工具集专业版。
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0 j. N9 D* w; @' eSTK/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。
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5 D* ` W+ d4 }STK/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。; q2 l' O. C, @: A. n
/ T& t. W! c V2 `7 N5 }# [2、STK/PRO主要功能
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7 S. L+ K5 C' S: p4 zSTK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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/ _* M4 w7 C# J& h& x/ O7 Z; K8 C(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;0 j! p' J2 f" N* O J4 ?; i3 o# n' {
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(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;7 h0 i! ~. u$ c- ?- Z7 J! I, ?
( l: ~; N( t5 s( b0 w(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;5 x3 X c- A( C
6 y4 _$ p! p0 B `# P# V& e(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;
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9 }$ q" m# S' b$ {: Y0 _6 ^(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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9 u% E/ n1 {" `# Z- w, v! [; w(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;2 }0 _: B. K, {9 d# m1 m. c
+ }. t \4 _- C& R1 ^0 U' d3 _(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)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。4 \8 `3 {/ l* G% \. |" Z
/ l8 a7 \3 ]8 b9 N, `# m. 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;2 p6 {& m3 u6 e# O
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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;8 X4 w; r6 a4 I& N5 ^- c
, T: X( q0 C( E# [ B8 E) u3 B, s3 s(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。/ t5 p8 l; \; o5 F) q
6 \! K2 K4 E2 E# O, Q" T. N( v9 M- B5 T3、STK/PRO特性9 A& @8 _8 D* D; b
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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;6 r3 Y- M' Q: c9 N* X. R
0 M8 X. m- O! U. U4 I( |. z' s1 m(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;* A+ s. U6 Z* l1 I2 q, g& \
8 B0 S& e3 N. F7 Z% T(4)长期轨道预报(LOP):精确预报数月或数年的卫星轨道;
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(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;
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8 M+ S. k4 ]! P2 a& G(6)区域目标:可定义N边形区域,用于地面区域链路计算;
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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;
4 r7 ?0 K( t8 |) t0 H
- `# I6 L+ H p# F5 E(8)姿态仿真和指向:定义飞行器姿态,包括19种姿态定义;& k0 t5 T# g, m6 u. H4 I
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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
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(1)基本模块。* H9 W2 c1 B, D% B8 S
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(2)分析模块。+ _# B4 @; d% S3 {
. F. L9 p+ \, \, V(3)综合数据模块。7 W; d3 k' H: O4 z& @
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(4)扩展与接口。
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AGI卫星星历6 }- l/ q2 ]& g# p
& O7 }0 `; j$ Y+ _1、AGI卫星星历6 q/ K* X. H A' B' {* Z7 w
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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。
1 _ ?# p# l) j9 N3 D; @ B
( Z. @9 d" @, H; ZAGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。0 B4 K3 k3 g V6 x
1 y# q: c4 u/ X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。- C6 w/ v' E/ x9 U! ?. D* Y7 S2 o
4 v* I0 L; l5 P' F; ?7 V( x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》。( Q- j% ]9 M6 R
g6 k$ r- F F3 Z |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。6 [: s$ J7 S- v. F2 y+ B
b5 }; e2 o" PAGI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。, v% B+ w# l$ Y; e5 e9 O
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2、AGI软件应用: ]7 N3 O. g. Y, P2 ^( E8 @6 S0 O
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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。1 ~4 P1 ^) [$ G) O6 o; @
2 P, K$ C' J, J0 r5 N) y# e( B8 i2007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。- M7 o% _4 B1 P. `) p0 f9 ?, C/ D
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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。3 W. y1 r& l5 S* `$ |2 h
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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。. q4 j! \9 c$ q: P
. m$ D$ Y8 \1 A7 ?3 Q7 h. m- `3 i, |3 ?AGI的测试:2 A2 {/ ^, [7 W3 H3 j- ?+ }7 k
( Z* L% s1 s1 E5 u0 T6 j(1)时间:2007年1月11日到1月12日。- Q1 P2 z" O; G5 v1 b) w3 k+ ~) `
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“风云”1C被攻击前5分钟的情况。- g/ w5 e& R% m8 ~9 F
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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。
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ASAT攻击前AGI文件的画面,五分钟后攻击,“风云”1C被攻击。
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% L/ |: _3 ~& B& y0 L6 J9 j(2)时间:2007年6月15日7 ?) {; U7 l3 g2 B: {
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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。
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狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。
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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。6 v8 d/ z* ?) o
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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。! \- t; Y7 r% M- Y+ j
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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。
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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。
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3 l8 S' m3 v# V |8 l9 v“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。4 q% x) S1 G1 q6 a. n
3 r6 ~3 I6 ?; I" X) I2 ?
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。9 b7 X4 q- G( P- o& e
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NORAD跟踪系统+ B0 I( a6 N5 ?0 i% B
: u1 {& N% N' i$ m4 K& n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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NORAD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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u7 e/ N; ^( W! D* [6 b- j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。
: i- k( {" B, _3 z7 b0 p" d) K
( J+ M S& M' Q" w' t1996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。2 ?8 N( Y& o: v0 e' G# O
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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。' {) C' ~4 k5 R4 C$ D' C
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Orbitron卫星运行轨道计算软件
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" H5 L6 X. A+ w* F$ O# f5 pOrbitron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。
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Orbitron由波兰年轻卫星专家塞巴斯蒂昂·斯托福(Sebastian Stoff)研究发明。1 M, ?& a7 N5 e! ~
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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。# @9 E4 o, i/ ^' E
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Orbitron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
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(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;. b6 D; H! b4 I, ?0 O5 C( D
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(2)全屏显示及简报模式显示;
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(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;
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* r' d+ M# A4 @: M(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;5 `& A4 j6 z6 B& l4 c A+ M
% w% O ` `. X
(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);( ?) i; o$ f+ M/ k
2 H, _9 h) O! S; l |2 O
(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器; Q1 r3 a8 E& B7 G6 l7 O5 ]( w
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(7)内置一个屏幕保护程序;) X4 S' x, M' f' p
# a" \4 l" H( {
2、Orbitron特性; y2 n* D7 a0 v0 a9 {
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(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;1 Z, D" U+ M2 ]3 n4 v) g* Z7 d
- e) d$ R: ^4 H+ S4 T* t+ a$ ^; d(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;
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(3)能同时追踪全部卫星;! X1 `1 I* {( [. W/ d0 i/ p @
! j; D9 Z' ]) ?7 p0 e; ?+ V3 j
(4)追踪太阳和月亮;2 ?$ H) l% T( F, O
' d7 c) U4 q2 z- j" s2 {! [9 w1 C
(5)卫星轨道运行信息;
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2 Z4 a! w, U# I4 m! @, @(6)全球城市数据库;
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* w& R- D& n G. q(7)卫星频率数据库;
. l/ Q* f5 r, H0 j. F
) E# i9 E% [6 f3 C1 b- g/ f5 ~1 B, h(8)雷达扫描卫星;
( ]. u( D6 X, ^- m, X! _. i; h2 R. h
(9)支持多国语言;
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+ B, Q, u! V7 m) P0 P8 q(10)支持来自640*480的荧屏协议;
4 D# v6 ^. r1 Y" d' K0 M! A7 D( `4 i8 m* X2 j- D5 `
(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);
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4 U' l! K8 F A# R6 `2 L3 {% g% s(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;
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; {% A- N1 `3 @ t4 w& }$ p' K1 H(13)英特网TLE updater,经由HTTP;6 T* V, N* Q9 w7 u2 b+ H2 ^
8 c* H" Q& q' i0 y) b% z1 S( k F
(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。
4 a& U- l S/ V& }. e4 g2 v$ F. z" r
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。: D' I: r: ]/ d- ^. _
9 y- n D' ?& ^* p9 m' i/ f% n2 N3、Orbitron应用 x! g- |6 _3 ^* H
h8 U d& {4 l, h- P2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。
7 i6 o. v# A% r8 H; V' R7 |/ U2 Z
% v$ n& C) Q4 O6 w. B+ X11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。
7 j+ {5 s5 X: @, s# ~! a# o7 C5 v
2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。
. Q. ?6 S7 |1 ?9 O% n& r
; E L J( v& V- ]: Q7 v2006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。9 P8 u$ s+ y* W/ S1 X
: Q1 {8 ?# i6 A' R7 ?, n, E( k
(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。
9 z" S I- s v% a9 `+ u8 B
) x: d$ R( ~4 k6 x- _11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。. S$ s/ \4 \3 w" b
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11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。
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# s1 d) s& P% z% W% h% y(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。
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11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。6 j+ D. @! G1 B6 [) I
9 m3 y7 P9 V, o$ {ODTK轨道仿真器) F, R4 l9 d4 M
6 Y, h: {; O4 ~, BODTK(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。/ f9 x! J$ v% q3 y) s
! S2 y- _8 }2 I0 gODTK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。$ X3 i% B; s) S) |) R
1 F6 c" d+ s4 h0 G$ k' z
1、ODTK功能:+ Y. Q6 p( F/ O4 G, R
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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。
5 v. E" K1 K4 q% ]7 W! H6 J. k9 Y9 W4 o; x* f9 A( H. ^
ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。
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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。
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( B8 @7 v; A% q' Z2 I& j9 b8 NODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。
5 }/ |% E! U! l! V. }1 _- U' h* ], [9 a4 {7 T5 }
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;5 I6 @ V* p' m h n5 R) Y& ]* q0 T. b
I1 \) G" r! G跟踪偏差和卫星位置;1 ?: c4 l! Z, l
* d; w& v% {! z3 r0 |" Z) s矫正卫星的校准参数;
9 t% Z: `& Y2 C$ D$ p0 I; n. p; }( l" ^* l; r/ w0 D
卫星运动的太空环境影响;
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# }' u% k* x+ y* F( K全球定位测量卫星轨道和时间;2 R3 C2 e, i9 E7 _8 I" {
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全球定位测量卫星监视时间;
# Y; m- J9 r- n+ X) n4 ^ Y5 q' y: ~1 I# S- n3 H
ODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。
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7 z, K& Y& b% K X! x$ ?StarCalc星图2 @% }' A* R! C2 b# s
) z0 u7 D i. L7 p# wStarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。
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4 a! r0 u* i$ d; Q4 A k7 `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。$ k* Q2 S! D7 l1 j, y' k. h1 `* z
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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。
5 O/ }0 ^* R8 E: r
3 W' `4 B/ o* x$ C# c
: k E3 |. |7 s }* S0 t
. v+ h& q9 h! [ `2 U) W( `9 EStarCalc星图功能) v3 Y6 _, ], h
2 `6 |) x0 Z1 N3 u, j
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;/ Q2 S# E4 L! }* O8 c
, ^8 o o- p; J' P: a7 @. e2、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;- B% q1 a! z. p9 x% N$ Y
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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;; J$ z% H7 Q# `" `: }) B9 O
- Y: w& [/ m$ x4、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;* w$ n! e$ E2 o w# Z {
4 k2 n, F0 D9 I5、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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7 ?6 N6 n) u9 H) h8 G, v, Turl:http://www.17kws.com/thread-25693-1-1.html |