卫星工具集分析软件
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" p7 b9 V7 x+ Y- l8 i- m& a1、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。
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% E `1 Z. m$ W8 F' n- JSTK的功能是产生位置和姿态数据、获取时间、遥感器覆盖分析。& N8 ]- H' y7 F2 k
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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。* F' X5 `) T) U9 |( D3 Q. B+ R
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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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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。9 `8 g1 u5 F) W9 H" M5 F: @! @$ ]8 }
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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。
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( H8 J/ ~( |5 }5 {- x4 hSTK/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。+ t. P* o+ A( T! K
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2、STK/PRO主要功能! h6 I' z! m* T" [6 ]- D8 g
( S" T# r! a0 K: f- v/ ySTK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。+ g2 ^9 N# E+ j: l0 u3 t8 X, X
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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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(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;
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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;5 g' _3 I7 U z0 P3 h( U
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(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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(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;
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(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。
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( s4 m4 j, {1 {STK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;$ r- v9 _! N1 A" p- U
) v: [ V" Y, j) \1 k7 N) v(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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3、STK/PRO特性- g* x' ~( C! 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;& I1 O, Q4 j8 L4 y
8 A C9 k: R/ [4 ~) P; J& Z(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;& f/ D6 K: R& p% v' a- i
. i; H: l# q. m& X# [) {(4)长期轨道预报(LOP):精确预报数月或数年的卫星轨道;$ }6 W( f! e. s
* u6 i& U; j! t: g: T(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;
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+ ^ I: z8 I) I5 t(6)区域目标:可定义N边形区域,用于地面区域链路计算;% G F- O6 C, [3 ~+ t
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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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7 O0 a! \. I2 a8 v8 l6 q. `$ C/ |2 ~(8)姿态仿真和指向:定义飞行器姿态,包括19种姿态定义;; T1 e, ~3 B# {- k, i3 ?
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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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5 b7 e3 E" g }/ \* v7 Y; x(1)基本模块。
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(2)分析模块。
8 M) f6 o7 B! e2 e# M4 u: \
/ g8 q9 u% J/ C; j$ C(3)综合数据模块。
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(4)扩展与接口。3 x5 ]/ b5 }- X
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AGI卫星星历: Y# n1 ^* P9 f4 `7 [
/ }; z# `1 U3 B0 f8 ~1、AGI卫星星历
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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。5 Z2 ^. E- X; _% A
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AGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。: u2 b; a2 @' B \$ n5 p; l* W
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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。( b9 r2 U7 Z, `# W
9 x) ^; S4 N6 z( Y* i3 r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》。% D& _% J4 o, M+ k4 o
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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。) N+ l" K7 j- u2 T( q! y6 A
. Z# Y; r) i! l# V2 zAGI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。3 |9 K, L) q. P4 f0 H# m3 O" c) |
/ W' `! d8 n2 P5 J2、AGI软件应用5 c* L" w' B0 \+ I8 C* ` u0 [
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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。, h0 p, H+ k% E
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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。, g2 a7 Y! S o
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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。
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& R" N' j3 l2 X' E! t6 `' U0 x1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。 h; f5 r/ X- I* Z, W6 x2 t- K C
# r% ~. ]1 E& d4 n yAGI的测试:$ p w* z Q$ X M0 ]6 g
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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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: Y% V2 T% \# q$ [/ F% C1 g. R“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。. G. y+ O( ~1 a2 s# w
' i+ U' e. d G4 J: }(2)时间:2007年6月15日
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% H; n' q7 ~. _. s7 M. Z2 HAGI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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6 E) n% b4 [ D# |, V* e4 |$ \5 M1 W狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。
- u' f# R1 B: t
" E3 D! Q5 p" P {. L; ~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。
3 J: v: J) Y! ~
" A! _. ]" Z+ o) [+ }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。; f* k- n/ m/ X2 x, @
8 G8 e5 |4 e3 {$ N2 D' i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。2 l: c, z0 }/ C/ t$ t) {
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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。0 y3 [* P9 G& z* Z$ T
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“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。
" Y* `- X( e& I0 `) I: F6 W# i
/ j% Q! y8 C. y' }1 j2007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。+ X2 j; h; \6 U( A0 o5 S1 w
+ A2 P$ B3 h& u% S0 WNORAD跟踪系统
2 [- ]9 c, F: K1 x, @, s. H
. x, c- B2 S/ N6 A2 n" y; w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)。2 P7 O. [ W- Q: b
8 y. Y, @( u: t3 U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。
4 E( L( @$ |' n, U4 M( i& d
/ C7 N6 r! Z2 n7 Y) E( y k( {. 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。
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& L- C3 F# j3 s: u; _+ D9 ?0 QNORAD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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Orbitron卫星运行轨道计算软件" s& {+ r! H) t0 k# I
7 q; g2 Y, r) L% R+ F
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。
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0 l+ h! q5 O: Z) xOrbitron由波兰年轻卫星专家塞巴斯蒂昂·斯托福(Sebastian Stoff)研究发明。$ y. t9 \ }% s p+ C3 m! G" q
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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。: a" @/ K. {) d6 G
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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。2 i! Z& M9 y$ _- Q6 s3 X7 \
6 R1 t' k |4 W3 ?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;
1 y: ?/ L; N8 t; U" z1 d( ?: j3 R
$ G1 d c, V8 y6 x- z4 i(2)全屏显示及简报模式显示;
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3 m. k& o9 P7 x(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;( v4 M) R K- a/ b# i
; d1 V) I; l8 J1 U# d/ l(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;
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3 t9 ~7 K5 w. G! n(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);( T c3 H$ @$ _, A
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(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;; h, |5 d9 `1 d9 u3 R
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(7)内置一个屏幕保护程序;! \+ b& j, s% {! V9 u6 @6 A
5 d S4 {8 G5 r8 G2、Orbitron特性
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(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;
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(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;& s& Z8 v U( C! x& I2 O1 o
' E8 m! ?# s8 J- d% y: M: y) e
(3)能同时追踪全部卫星;
1 V! ^* R! G4 k' P& ` |/ q( z& `$ k, W. l) L; L
(4)追踪太阳和月亮;" E8 i) R6 n9 b2 j; q+ i$ X
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(5)卫星轨道运行信息;) w: C8 O9 l3 T) r: I! b
( O8 R' o D4 B% B(6)全球城市数据库;
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: J" [- Q0 u/ C(7)卫星频率数据库;
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9 [8 S* v) _7 u# `(8)雷达扫描卫星;
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(9)支持多国语言;
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+ O4 N: x5 c2 B! [! I(10)支持来自640*480的荧屏协议;
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) p8 Z1 L& K' X' Y: e1 t(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);7 w1 k' Y2 {# c- H: ^. ?) x. k1 q
! M# U' z/ z. q; ^4 i+ x(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;/ b6 V0 m; q, V. c
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(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
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(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。' n( q# K% m' ?
! S5 L5 K9 G. }+ \: c+ q$ Y
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。
2 p+ F# v. x4 x8 i; T9 r
_. Y: e% c- ?6 c" M+ _3、Orbitron应用3 ?: ~" a5 i1 L6 A/ i: ~ q, y- k
9 g/ `+ L: Y/ U3 W* z
2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。2 u. ~$ c3 F$ u6 y; g+ u8 B
, y. Z" y6 ^, }0 |7 q11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。! Y+ c, W2 X. M. M
$ v( ~& n" Q9 d/ f- s# b/ @/ I. @ x9 I
2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。
$ O: c* w) v! _7 |/ j5 ?8 Y
" K5 [) F. X& |) F2006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。
& O4 i. q5 z1 w: N$ D6 u; A4 e" Y0 G/ R1 d$ j
(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。
1 }5 @" m6 a( ^/ t6 ?, b6 G
$ E+ r/ \! J8 `0 F0 T: Z11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。) f8 w' T% A6 b' W( Z
9 S0 K' y2 q. g, N" g" Q11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。- W/ s0 T4 e$ z. ]: H
& V2 P6 f: n5 j(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。6 C/ i, a& b( T# n" t3 ~+ b
6 t& f* H ?+ ^) W2 N11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。
9 o! V$ C8 D# `: s& w" y
. T% V7 z/ V3 y5 PODTK轨道仿真器9 [9 J' S8 Y) q! X
8 P. ~& [/ [; f3 r& `3 k, ], O
ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。" ~0 o) V! k1 i, D* G! h6 Y* C6 w
; [, G/ ~' R5 L$ J6 LODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。' y+ N- c8 q: @0 r
' w) q# A3 m7 V" p- M1 L
ODTK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。& P: R! j+ l ?
/ u3 O- c$ v: e5 O% U! H
1、ODTK功能:
' T3 E9 S/ F8 v( G) P* n; C) X! P0 j0 L" B. H/ _
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。8 z! C1 {0 c- @$ q
; I) ^/ [$ \) K- b$ rODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。! m6 a! m. [4 w1 I
8 V& R5 l0 o, p2 L4 b) Q2 K. Y$ f7 x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。; o- m/ O: Y1 b* I- x# G' d
; k, }. \( p$ Z4 f) I
ODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。5 G9 p% n( u3 k
2 ]# Y+ e$ B/ K b' k2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:
: E. ~5 E: H$ f* \% V# p
, c5 T7 t3 C1 X( _; c卫星轨道的误差;
$ J- |$ _; J" z7 A9 M0 x
; @) d; ~ x: T* t跟踪偏差和卫星位置;
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矫正卫星的校准参数;' F! o5 q: n' a
0 s/ B2 h6 ~" X& F
卫星运动的太空环境影响;
2 w- p$ T5 P- z$ h* T% u
- w. B+ @) B8 \" y b全球定位测量卫星轨道和时间;4 _+ Z" Y# l( [0 A6 |' g
0 y6 O, V3 f5 W0 x全球定位测量卫星监视时间;
& G: ~& @, ~4 B" p
3 A: d6 f5 l: E, QODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。
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5 Z e( _( B9 V% r$ M, F
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# w0 M8 Q0 Q! z! Z9 [' K' \+ M9 sStarCalc星图
* B4 v3 `9 i: L6 |9 t# |* D
0 o& C6 j# u$ JStarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。, g( @1 ?6 V5 \* d5 w
& Q: F* i3 X8 B! `9 ?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。1 Q# q M4 n9 O3 h8 ~; r
* W( [. I; w# ~0 bStarCalc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。( ]! c3 C! X$ e) _$ ~
4 J! M; U, v7 O; C7 p( @+ M# j
) F" C& f3 u- a6 s0 L3 c' }: l
1 G, f( [, Y- ^0 h1 O7 ]/ qStarCalc星图功能
& z. |6 ?/ h! L7 I6 o5 z
/ c0 E. K% r* k% e0 e7 v9 d$ W1、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;& \2 h' }4 Z" Q) b
9 O& n" A9 h" k$ m3 f2、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;$ ]7 s+ }! }: L# y
% [# _. `: ^: e- `! M6 w
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;
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) b! L1 I. N* n* [' h; C4、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;
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5、数据精确:StarCalc专用的SAO和Tycho2星表的数据下载,能精确计算。- {: g! x: h3 y) M2 R n- e6 L5 i
. F( H; {8 M* burl:http://www.17kws.com/thread-25693-1-1.html |