卫星工具集分析软件: F {2 c# B% D2 Q& x4 g6 r
" G1 y9 b5 R8 C9 c0 b! s1、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。7 @! p6 ~( S+ \
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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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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。# L5 Y: I1 Y/ t3 T7 g
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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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& x- r2 ^/ N2 l7 E7 ~9 [. W& USTK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。
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8 V% e( N& |& C6 R, ZSTK/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。8 ]- c5 y8 i: Z. C# T( }
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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。
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2、STK/PRO主要功能- V/ z2 s5 I2 J; v6 I
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STK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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5 E" P& r; ^' `( z2 F: d(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;: E. q( ^/ |2 M6 M' Q' ]( W2 D
. p5 w$ E. x6 n. z% K% Z- x(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;' [- l `% y" r) S& y! k e f
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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;1 y, S+ e. H3 B+ N
0 Y; {, J0 z6 p+ W. ](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;6 b; g% H: L% y
8 ]7 ^( I b0 W: h6 _% K3 b6 [7 r1 o(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 S* F+ l' Q; s g
. K' J0 k" j3 B1 ?8 [. E8 t
(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;7 @5 d) l; r+ [7 M9 I
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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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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;" X3 j/ a7 v C) P
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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;' E' W8 D- Z& z, U
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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。2 I5 x8 g+ i" n8 z* Z
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3、STK/PRO特性+ ]+ a, i7 m1 z1 ?
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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;- G! ^3 W- |, Z. G
8 F7 P# y+ X1 U6 j- V6 y. p& v(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;* A {) V# Z k' ?! B0 E) S
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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;* B) S* F: ~) T% l% T' e. J
+ K. j, `& h' D9 W2 X7 V(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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! t1 M: x( P% C/ y(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;
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( S* d2 I6 @3 l4 T) p(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;8 R+ f# F* W: @, E* B" L$ r. Q; V- t1 j
B. G5 r; K5 d8 r(8)姿态仿真和指向:定义飞行器姿态,包括19种姿态定义;* a5 J$ u( g& l/ f" F' d! P
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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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5 [ a& @- A1 M; m6 K4、STK模块
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- Z' B+ D% Y" X8 b, D(1)基本模块。' E8 b' |2 ?5 N7 l% k+ A: s
4 D, ^# n9 ?5 R+ a: S# H(2)分析模块。9 ]3 ^4 S- W5 I" b! d
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(3)综合数据模块。
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(4)扩展与接口。5 O4 f7 d* I& m4 y
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% C: N+ e. r, X: I6 v, RAGI卫星星历: C" l) ~9 n: E
8 _7 ]4 ]- O' _; h, x2 L1、AGI卫星星历
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6 u. j( H, [# D4 `+ e' a! vAGI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。
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/ o0 K2 K' z! C1 _$ {; ~8 w" [AGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。9 o7 @3 [; c9 o4 B+ Y
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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。
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7 c) ]% ]. d+ g5 r( o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》。
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& q/ c3 p' l l* ?) f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。
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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。
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5 {5 S9 [& a ^) A* I2、AGI软件应用# a# L9 x& H W
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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。9 K$ r/ }0 G% F L5 R: R t& V+ v0 S7 b
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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。, O$ v) [& y: W0 |1 n ~
$ T0 m- J2 s1 I+ M1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:- D2 @* \7 O- J/ {
6 z: e/ o8 l$ f) B: e(1)时间:2007年1月11日到1月12日。
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. Q$ o d+ y, U* o+ _“风云”1C被攻击前5分钟的情况。
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, b. e- f$ ~$ k$ v“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。$ V! W3 l) ?- }: R+ }5 ^; s- U
; |( Y$ f/ Q9 DASAT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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(2)时间:2007年6月15日* s8 K7 `0 D: }( v
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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。( J( q% Y! O9 @: z3 O9 x
+ V) h1 U/ \) {6 q9 q狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。
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3 R. n& ~! [% E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。$ ]& b3 V; o3 P$ s& R
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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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" D& i1 Y5 M4 R“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。
/ B; ~- @: \& W4 u% I
/ {# n/ I' \) b8 n% C( P* L2007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。
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NORAD跟踪系统
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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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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。2 G) c3 A' P! `; G
) } B: q: x6 q# G8 K
1996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 J3 F" ?$ Y' E
! l& y' D8 e X4 l% O5 X0 y O
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。4 L! \' P+ f& F! W( \5 U$ C, v
! m8 c. d8 H* N$ sOrbitron卫星运行轨道计算软件+ y4 ^ g+ [ U
6 t$ V( T* Z. n" J! lOrbitron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。
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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。* d- E$ e4 [. B5 b
$ J- I/ U, e: L% f
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。( E- U" v- K2 b8 Z1 r8 }& _
3 I3 k4 a# v) s, X+ M1、Orbitron主要功能' o8 `/ o1 N) J' z
( g. F+ l, L; V* v+ s8 F(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;' m% {( T& R! }; y
0 F7 L" z6 ]6 w9 L2 R: o0 E. Z1 M(2)全屏显示及简报模式显示;9 e: T5 R7 y2 M$ D; X( c
4 d* s6 {5 u" F& p F( t+ D
(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;
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(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟; N' u- C/ {+ v: ?- S
- ] U9 e# O- ^ s, S% t+ h; C
(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);
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(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;( T! {/ z, d4 x% S G6 e9 }
$ K( v# ]# E% g3 Q0 U* ]( F" R. |9 K(7)内置一个屏幕保护程序;
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" X2 u# O7 r5 _( v% U0 h2、Orbitron特性
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(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;! B! f# K9 W* D8 V
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(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;+ b, S2 x* `# x7 l9 u: G: p) p) L
( ~6 u; m1 ~' W# c5 |3 g" b
(3)能同时追踪全部卫星;5 p U$ T3 z6 H L/ F
# ?: p& C8 T- C# g" `& ~5 s
(4)追踪太阳和月亮;
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(5)卫星轨道运行信息;/ B' ^/ ?! u& s# T0 [4 B5 z
! H) a) `0 \) m* m7 D9 Y(6)全球城市数据库;/ ], p9 j' e- ]% h0 p
( F9 ~$ o1 f+ r(7)卫星频率数据库;: e% W( {7 @. q8 F* @- {
6 V0 x, \2 H' x. w5 d' m: J, q(8)雷达扫描卫星;; u$ R( f& S/ k
1 z* E: Q/ N+ V5 L" ?' e1 X- M; a% _
(9)支持多国语言;* M3 J3 [- n9 P1 B4 k& g
: K/ w3 H3 Q4 P* S
(10)支持来自640*480的荧屏协议;4 @$ b7 }+ |0 m2 U# \
" u6 @" ~0 J. `% i- K. j# x
(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);8 W; N7 I$ X, U! y, o/ z$ K
1 N3 k. ?& N- F# e3 O9 G$ W: L
(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;
0 l* E. Q$ O* x4 C
8 j% Q" X% p% e) N(13)英特网TLE updater,经由HTTP;0 _( i+ T* Y* m3 x8 z" A9 O
; h3 F6 z! w6 X. X0 o! S(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。
1 ]# {8 k( J5 x3 W9 R; u
2 }7 r# _" z- ] J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。7 O, t) Q/ v0 e
8 r5 L" B& }# p' { u
3、Orbitron应用: _4 O7 v4 C* N+ @+ J/ C! S
6 e4 y% T$ d9 D6 R4 g2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。
! L( @# k. H" m# ]8 j- T, e3 M; |: `) o( S* c L
11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。( K: K% B# N6 S1 j( E$ ?
3 g0 @1 x( n( m) a2 _4 T2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。
! o" [4 t4 Z, Y& b
|; Y- Y: d* ]7 e2006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% O/ S7 p1 J( N! ^% B8 O$ M0 F) E' |4 q0 E
(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。7 c& t H g8 y- y7 n* Y
: W* a2 D. b# Q# T/ w- t11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。9 B% c: _) J/ `& _- D h# c5 @+ a
9 P8 {) K. ~+ Q* @5 O6 r& ]11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。* b: d% T4 Q+ L* H
# l: J7 x; |$ R, v4 F$ A7 J(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。# x6 @" f4 ]- Z, G* I& b0 I
8 u5 c8 b. V' I7 a {2 c5 ?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。0 v J* d7 _% r8 b7 d% }* `
0 O3 {! G: H& ~ODTK轨道仿真器) x' p# [9 U# b" f
" s0 L$ F9 J( c' L8 x
ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。
7 R( {( N/ P2 D9 G" G
' g" \1 x; b( u# I+ e* eODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。
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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。
& h# a9 m6 E0 y8 t, Y/ P$ d# C' e! y" G
1、ODTK功能:$ d8 m2 K) R# L9 m+ E
' x, T4 m$ H* ]' `' l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 i/ v' ]9 [# N% A+ L9 I3 c
7 ]) U* b; R) ?1 [3 q( e
ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。8 C/ X1 I) ^$ _( q* q, C+ B
- E6 u9 @$ `* `4 r$ q5 S$ W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。7 j% l: A- a8 Q( }5 Q/ {
5 ^, S' q! m; xODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。/ f" e; m/ [4 J g" R2 r3 g
2 c# a1 E# z5 m' q2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:0 B; O. c% U# q9 a, _2 n
/ e2 b+ v. T6 F6 a+ v
卫星轨道的误差;
; @3 Z8 `5 ~3 j0 M% v! b1 p/ `4 m' l+ s! o3 u2 k2 ~1 |
跟踪偏差和卫星位置;. E, _+ v; K" f: R' x4 R
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矫正卫星的校准参数;
: h1 L# u) ?+ ^! K% \2 @) }8 [! d2 x+ \) u8 [. \+ m
卫星运动的太空环境影响;
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0 t' r# q; }0 D, M7 o全球定位测量卫星轨道和时间;( V7 u$ F0 `$ Y7 \
/ ^8 X- _! R. A) ?
全球定位测量卫星监视时间;
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1 D; s; P, S( \. QODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。5 W" f( c4 Q+ v5 z* b. ^
1 K2 {1 U. P* O. c$ G; a0 A7 R* l' `8 n- W( q2 d# ?' o
( D5 ]$ ?! m: ]' P; b" V6 mStarCalc星图
4 U1 t& Z. l+ g% `% G
# _# k. r& X: \, gStarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。
' T& m* X: [/ @8 i/ b9 ]7 D+ E
4 T: {3 A5 L- l, m4 E3 g* JStarCalc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。7 J- T, t/ A: t* a& L5 H
; z7 t6 R# m! w4 P9 t2 M. SStarCalc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。7 O/ |6 R$ B9 E/ c* I/ {
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0 x1 e% l0 w' u. y* h' e7 K/ y0 u
& y! @6 w7 A/ b& Z% X3 }: RStarCalc星图功能4 D, g4 f4 e" ^+ S' n7 n& e
; G! t9 c( s, e- @4 U1 S* q
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;
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; t4 F; k) k2 t; O. O2、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;
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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;
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; @) y) S- R* A9 ^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; A* p! w) l8 G! W; l# x g9 F
8 y+ X+ z- `5 A/ [* r% b4 [5、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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