卫星工具集分析软件+ q% S* `7 P5 I- c D* H8 s" z
, K% m: ^* \9 E! o" Q9 r1、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。3 ]+ g1 C$ e6 Q4 s* ]9 x+ W
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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。0 p& h) o3 u& c
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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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) X- o( B' i3 T& ], Y VSTK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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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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7 v! \0 ~ M6 }2 BSTK/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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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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! f0 b4 f8 u( E3 N! x2、STK/PRO主要功能8 m% T; F, x* H
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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。) i& R9 K3 x+ f; I' h! x6 ]# ~5 Y
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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;" [' b: W' Q' k. k; z& G
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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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% w; g5 k+ \& m! S(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;
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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;7 J( R/ R$ t$ V4 \) [, i6 ^# c9 y
% \$ t( |, C$ g
(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;8 A, ?% m/ h* O+ {4 g9 s7 g& \5 E( c
/ L& \0 x3 f; Q% I$ e(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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8 i7 c+ g3 v. ?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;& F. ]* Y8 t% k8 ~# f, g7 B
5 W, N! M4 i6 f+ X% g3 M! g(9)图像保存:可将图像结果保存为BMP位图或AVI动画;: ?/ H' O' q* b! P! m
, q- Z1 e8 o, W2 N: [+ u; s1 {(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。
* [" C# C4 y- a
: ~ c' Q' i8 r7 @- ~: K3、STK/PRO特性
- u. v" F0 W) v2 `. B6 V7 ]1 p) i' `" {( I8 }; u# ]4 z
(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;) W& b* i& j% \5 \/ j* a1 C3 G- y7 r
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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;( f& \0 _4 w: n* w* X& Z
' D) h0 p; G. U. U' U, 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;
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(4)长期轨道预报(LOP):精确预报数月或数年的卫星轨道;5 ^6 M( V6 G9 g
$ N* W! S" w6 l" d, W5 {
(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;
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/ w' f4 k2 B- e- {, d1 K& K7 S8 P$ ?(6)区域目标:可定义N边形区域,用于地面区域链路计算;# s4 {& i9 v0 f5 t" X$ M5 w
3 Z* G+ P c% J9 z% h& m3 u
(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;
+ W4 Q/ K' a. ?7 }
$ ]0 N; e, I! J4 }8 F; R(8)姿态仿真和指向:定义飞行器姿态,包括19种姿态定义;. x4 }* W' l; X1 Q
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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。7 v1 O8 x! ~+ G: U
) D7 V8 ]4 j0 D/ U: j4、STK模块! D' U6 n- n( }& W( w
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(1)基本模块。4 j6 h& c, g2 @0 ?5 O7 {
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(2)分析模块。
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: P. `8 ^3 Y. d(3)综合数据模块。
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! c+ x! b3 U% T9 n(4)扩展与接口。
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+ j8 e! c6 [) x7 m
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AGI卫星星历. H# L; N; y+ E+ T
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1、AGI卫星星历
, _: W' }5 W) c ^! w- g2 R
6 w# e5 f/ w9 U% tAGI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。 L' A" e* R9 q6 G& s
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AGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。8 a2 Q8 h$ z- _. Y2 g5 B
- F: u; ~6 k, H. ^- a
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。1 h! {/ J7 `& c
- B/ m- C: G* V9 G+ S& L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》。- A. I& D! G& G6 G+ i+ n
" F3 k% {8 s. `7 l5 O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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3 N6 m4 f/ Z% m( }: AAGI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。
( m) m# {% {8 J+ g) z3 i1 ?6 l D6 O, [1 ~& T
2、AGI软件应用8 D, P) i. N& d2 R* a3 t
4 f) e9 U1 T/ e" a0 DAGI软件应用举例,从技术的角度对AGI软件会有很好的了解。
2 v9 C" a( T# m5 K2 i; {, d0 z; w
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。& A. I" J3 U4 X) B# e: `( r% M# o
, ?8 T, R8 y: b1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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/ h0 J- y9 z0 M# b1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。
3 ?- t. f5 r" C$ u7 q' m) g! J o# O/ G. b, a
AGI的测试:) L4 v7 q! u' [3 M+ b% Z5 D. c
! l! m4 N. `8 s(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。1 |% ?6 @& R: r [; D
7 \+ h/ k) s. Z7 U* C
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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(2)时间:2007年6月15日
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5 O. @! S2 g8 }" \) h4 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。0 G2 N2 X/ o' b" M# ~9 \( }
- y" b% d0 H2 m7 R! M# U狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。+ Z* N6 U2 s: }. {
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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。+ W3 t- j6 V- m& O
- t9 X6 l/ b* e* d# s3 K2 g' ^' OSATCAT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。
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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。' E. K3 z9 H8 _0 G4 p! Z) W
6 E6 D5 Q- V5 o, f3 \& U$ ^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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“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。/ e) J+ a E5 [- D" D N
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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。, k; ~/ Y" q H8 P& ~4 u' f1 `
" _- B( K M' u+ y4 Z9 mNORAD跟踪系统
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: v/ u# y2 C2 J; z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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\* k7 _/ n* q" z3 r" w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。
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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。 u& J K' n0 U1 J: G8 t
' V% H* n9 h: W9 Y: CNORAD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。
2 Y- b1 E! s) w: ?- N; L; k' a, W% |* H- l" G4 w! J
Orbitron卫星运行轨道计算软件
q/ z4 d! ?5 c' S# L2 t2 A' M" Q- L! Q# p6 B
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。9 _% D6 G' [; K5 _/ h; O" V0 N" U. u
1 D9 t' q6 P9 ~
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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3 l( m( C2 S* W3 dOrbitron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。, L1 b) g9 E& G3 u v7 u) U
* L: C- [9 O2 p, H$ ^) H+ b& ^
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。# p4 n# G8 R5 g, w% q
% f* G& W% _2 p1、Orbitron主要功能, u3 Q6 e, z4 c6 A/ A" r9 N2 S
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(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;
5 y4 t% l3 I. [! S$ v4 e9 H h1 O: e8 R6 Q5 y. {
(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;
8 @ o4 F! H" X( v- j
; g9 \* S* Z. i1 D" p(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;) \1 i9 A3 L7 i5 ?( r! K1 D
8 Y, h+ h& Q' @8 s$ N" A. @ i(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);- V: ]" C" Z- z% w% O, |" Q
6 `& o& Q. p6 U( C
(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;
) }/ Q$ [! n. t8 R% `5 y- W9 t3 g% j+ P/ C0 p9 C( |: l: W# E
(7)内置一个屏幕保护程序;
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2、Orbitron特性
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(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;6 n) e# d1 X9 q: D5 X' W
, u) P* n* ~" C7 ^. l% X9 C( f(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;( d9 y, y* M+ [- `6 G: I' m
2 {( \# q& r# b' ^ @0 c8 E(3)能同时追踪全部卫星;
4 A @3 d5 G" q6 s: y# x2 z2 a; M1 g& a4 b: Q$ C* g% |
(4)追踪太阳和月亮;
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(5)卫星轨道运行信息;$ `1 n; \ z: k1 I' |0 ]
- Q* b$ U/ c+ \' R0 T* _( v(6)全球城市数据库;
" U' k" q* _" J
; b* \% `( [; T$ v$ w+ Z5 b/ e2 `% ~(7)卫星频率数据库;+ `! W5 a3 H3 p
8 t, S3 ^" S# T4 a' \4 M(8)雷达扫描卫星;
$ S% t) @; I& C! C
4 V$ l R# e2 z+ ^0 {# } B(9)支持多国语言;
) `1 ]) T( i* v7 C8 `6 M- \% v% X9 P3 I; x
(10)支持来自640*480的荧屏协议;
/ a5 A5 Z2 b" l5 K
1 h; E {" _* t# p. S" `(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);
@0 I8 h. l ]9 n; D
4 Q4 T$ R9 A" k6 O7 r(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;
! u/ u# A8 r" ?- _3 P
' ^- A [2 U$ _" |- y0 G; r(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
, @+ ]/ m$ P) h T7 W- H" G0 m7 X$ ]9 i/ V3 p/ Q2 n* e: O/ F
(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。
9 ]& s/ O) y4 W" [+ g+ x
+ o6 h9 Y, Z) k; F3 O. v/ ^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。
' ~% W0 C; q7 |5 j! j# H6 M
6 M' I7 V# }8 g' Y4 Y% ~3、Orbitron应用
, G, b% R6 H( O& J! u3 z( f6 U3 N- ]7 }, n' k8 l0 G5 X
2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。3 o! `! W+ e5 H$ v
; g6 e1 a1 q3 m% g
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。+ u4 @! v1 n) @3 J- s; Y0 v" v
9 q) t+ u/ G# D' P2 i& l; ?2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。* k( R8 A4 H$ f3 Y) V# R
& H$ f% q8 p6 j' a2 p2006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。3 B9 {8 X: @+ I8 P
( H6 @. e% p1 F% S% K8 b(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 }. l' H+ x" E4 ]! G
* d( s# g2 f/ U1 p11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。. a5 q- k6 K F+ u/ }
! n$ L+ z3 U: A: o& D, a11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。7 J0 e$ A# j& P# E
; o) f6 ^9 t8 p(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。/ l- m* Y$ a+ @% T9 T2 u; X
6 I* y' J3 p7 q5 c/ {9 |6 ?* p
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。
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3 D% j% t3 P4 R9 Z. nODTK轨道仿真器. J- }, H, j+ Q5 p& v& A
7 T; E* c1 `: s- a9 R
ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。3 E; a+ O1 y8 Q+ M3 K) @
8 w7 o" `; _" @$ D) K+ P
ODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。 Z$ {- X: P) e
3 d& Z- z1 }# R& s, U- V9 o/ H# L* QODTK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。
/ u) H/ u" u6 G# i# z
1 b# W, |2 @9 ^1 q5 @$ U3 C3 L) D1、ODTK功能:5 `: ^+ N+ C. L/ q( {8 R m
$ P& m0 @2 K8 M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。2 l) o5 k5 R6 w. O1 H) ~2 D1 a
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ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。
! k! |: }$ G' g8 U# h: [
0 W6 n. N# d+ G, o5 B2 t! ?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。: I& G& r+ ?8 L P( O8 j% ~
5 m% r' I! _/ O$ `) ^' l4 v+ J1 ^
ODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。
7 y% z- q% d* X! ~- l+ |5 |) o( m: K3 X
2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:$ [3 t. W( \) {+ A# V; n
6 e7 }* o: Z8 d5 F: l
卫星轨道的误差;( N& H7 n6 b& f8 Y2 K; o# q4 k# A: C
* _& @, J P, R3 `跟踪偏差和卫星位置; Y B- B1 R4 C4 ]
4 x( h4 r4 }; w% a' J矫正卫星的校准参数;
Y% d+ C: m( l0 G, u s, ^* q+ f9 G ?6 A: H
卫星运动的太空环境影响; `( u% [) _0 J7 F: Q5 i
, c$ ^3 A4 w% h. h; G0 f R
全球定位测量卫星轨道和时间;
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- X+ J, l$ C* V7 D7 K$ E* D0 |全球定位测量卫星监视时间;& F5 ~+ g( f# g- O
- L$ G0 A& T v) F$ J: D+ _; DODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。3 z6 [/ N, h; E7 Q
6 J' Y& |! b2 F6 K0 `: l+ {
$ G$ T/ l! @0 L @4 J: | R f% s
StarCalc星图
' D7 {2 K m$ Q, [1 K1 @* A; b# U" x! w4 I
StarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。
2 e' S$ K: c# n4 B8 F% i) \* l4 t; l3 x# N9 h/ J& h; G* R# x
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。
3 F& h9 a) [% b7 e" z. Z1 r1 { t
' x2 |0 w6 i4 O" {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。0 v( S& T" h9 i a
4 x: S2 \4 Y! ^; r4 x( Z
* Q3 K# y# i e5 `( j
$ k# C/ G* ]9 J( j- LStarCalc星图功能) B2 k" E' @; \4 ?- v9 `9 F
( a2 B& g! Q1 j" A1、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;! T, L3 ?- u) I. J
* I4 K" N6 y- b: e" U# j) L$ v2、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. K+ s! `' a9 |# W! d& ~3 n. H# b( _! e9 }" T# T: 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;# Z" N% { d; b% T ^
. F+ @2 v/ H1 I" L# h. D3 Q" ]( P0 {* Y4、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;
- m; a/ F- r8 T7 S5 v. f3 b) b+ a
- d8 V4 g3 d5 U! z4 d( N' j4 M5、数据精确:StarCalc专用的SAO和Tycho2星表的数据下载,能精确计算。0 n }2 J; q2 I1 a/ I
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