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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( L. T9 x- G8 P
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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。( w( V) [$ d' w* f
3 L% q5 @ h( h3 E1 r! ]9 [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。/ S7 ]: w+ }. p5 z0 ?
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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。4 F7 }+ n$ S+ m2 t
. |9 h/ }% K2 ?& z4 }' H- 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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- Z" W: w3 U+ ?# R( M0 I8 v2005年4月,Analytical Graphics研发出STK/Professionl(STK/PRO),是最新的卫星工具集专业版。+ P2 h8 D# f9 ^, \- E# d
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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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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。& D, g. J/ b5 r& U
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2、STK/PRO主要功能
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" \/ }2 @" e5 i) gSTK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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(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;1 [/ P) V( @6 h1 b2 G/ D/ T
, {" H: O, R* z0 g/ C2 A3 c7 K
(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;
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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;- R1 ^0 J& q, T
! K& y0 P% Y+ j, T$ a) ](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;9 E2 U2 e8 {0 ?, G6 {( i! v* m" g
. A3 _5 [* X6 s7 y: X" ](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;* {3 u @2 S* t% X: u
1 I0 l J8 y: p3 o1 [(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。
, S, Y6 \7 d& ~4 m" O8 t- I; N: w( g0 W5 k; q. N
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;
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7 D! Q: y- F# f% f9 r7 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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: M+ n) \# l8 L" L(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$ W- f$ Q9 K: A R8 h& _
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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;0 @/ W, j& Y' b# B0 J; d
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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;1 _. B: F8 W3 E7 j$ U9 v4 ~& r
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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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3 a& P% r T; v' V5 ?( _( i0 }(4)长期轨道预报(LOP):精确预报数月或数年的卫星轨道;& A$ U' o* s. N/ S* G5 T
; W& X, t F/ U1 s$ m(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;9 I4 R, A8 G) Y5 Z* r/ I6 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 c: \9 l. e7 z2 P ~1 j
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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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0 o1 w- M; k5 ~1 G% b8 [(8)姿态仿真和指向:定义飞行器姿态,包括19种姿态定义;# s; U1 t: f! X; _
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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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8 H K3 R5 m1 a! E+ [9 T2 O(1)基本模块。$ E/ A. r4 V% ?6 p
; F+ R/ }7 J1 c: a4 o- \+ H6 t(2)分析模块。
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(3)综合数据模块。
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6 C5 M" s+ u: n3 g(4)扩展与接口。/ m8 D; X2 n* Z9 }, L' _
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AGI卫星星历- G/ L. l- R, F7 t# _8 L
. B8 T. @" U6 g1、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。
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AGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。
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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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0 Q) D e# T1 F0 d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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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。$ j, ~* f5 ?( S3 Z$ I
# V5 j( P, Q g- K9 y/ }) i, ~0 t' ^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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3 o, A# |. ?7 w2、AGI软件应用+ ~. w- R, a. \% c- M
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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。! |; [5 S F$ L
, f3 q7 W' m A3 M3 k( G2007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。& Y' I3 P) s7 _6 |5 j
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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。0 `" x3 T7 s! |" A# e
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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。: j" I( R6 F0 M1 O$ o k. L$ y+ U) T% n
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AGI的测试:' a/ B( j( @ o
$ p, r7 y9 l9 s4 M9 ^2 g# n S( Q& y(1)时间:2007年1月11日到1月12日。5 w- d! [8 X6 s) |6 K6 O
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“风云”1C被攻击前5分钟的情况。
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* N5 m8 `$ Z) }3 N+ N1 O“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 C3 W6 {8 V& G$ d
- |, ?0 w9 g1 G3 c% L( ^ASAT攻击前AGI文件的画面,五分钟后攻击,“风云”1C被攻击。- T. m- {* x v6 T
9 p6 P. e, T9 ?; A% U1 C- Q3 u" F(2)时间:2007年6月15日
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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)。. x/ B5 c$ H" N
) e/ l3 u8 }# b! G; `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。1 S9 i2 Q$ c0 d* I
7 _+ D# V8 ?; g9 D9 VSATCAT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。, Y+ O5 I2 e2 @4 `/ l6 J) f
' p, l0 r V" \. Q% h0 _- x6 h0 n4 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。
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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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: u& N0 n( P( z/ Q“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。* l! B3 r5 G) }
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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。, d% e8 F0 E- E. e
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NORAD跟踪系统
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5 c. z; q- T; y! c3 P/ N ~( l$ b% 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)。: ~7 ^& N6 g, K1 b0 O: ^* P- W
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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。
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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。
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* \8 Q* G/ i6 o" f P* u1 WNORAD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
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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 f& M& A0 e) A6 X4 A5 }) f
8 t# K" |; N0 NOrbitron由波兰年轻卫星专家塞巴斯蒂昂·斯托福(Sebastian Stoff)研究发明。
7 ]- [# P3 h; G+ p% f b5 N2 H% X1 X: p2 Y
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。1 B) R4 Z I! ?& \ j6 b
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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。6 y1 T% F) C1 x2 p& v0 S- e
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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;
, B7 a: }3 z8 ]2 I! y; S# Z( J. Q8 Z& p$ g! a' |
(2)全屏显示及简报模式显示;) F0 R: [( B- O t8 V
: V. [1 A- B8 Y* S1 H5 e(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;
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8 p; }9 z9 t0 e+ y(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;
# R/ l5 Q9 G6 |3 t
/ d- q* v7 \2 V; G(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);) u- n, T. v1 ~0 v, _: F0 e
8 N4 M0 N" U5 F0 D% I(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;
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(7)内置一个屏幕保护程序;) u/ ?* L; A( O$ n g: t
( h2 F9 v) u4 q% [2、Orbitron特性
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(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;- U, T# T$ B- b# c. N- ?4 K' B
: [+ [) Q; B- R7 H$ S# g(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;
6 t) o! m) h3 |# v; H' f( J7 A
$ N+ @/ B% h: v8 t6 ^! C( M(3)能同时追踪全部卫星;
8 h& s4 `! a, j/ o
, U1 r# z+ m! D+ K1 {+ b$ O) t(4)追踪太阳和月亮;
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; E9 H( n; g k0 R5 \" q(5)卫星轨道运行信息;
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(6)全球城市数据库;
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(7)卫星频率数据库;
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6 v; Y9 K2 I4 ?& j(8)雷达扫描卫星;
3 h/ L2 s/ M. r) ]2 e; ?8 Y& W
, B+ z9 m8 o4 z0 D(9)支持多国语言;
6 S3 s, V- l2 J7 s' ]2 {8 {. K% B0 @6 ]+ }$ |, G& d0 E/ J
(10)支持来自640*480的荧屏协议;
4 U" j: O% D" ?( V( s( o7 T# j, V
) ~( n: ~$ q; r(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);
% p0 f( U9 q' _
& G5 `$ J/ ]5 W, @(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;
6 u3 L6 E4 d0 |, Y: C. E: c+ \. X
1 M7 Z5 B L4 V3 ]9 y% J(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
2 y) L' O7 M9 T$ i4 S, N% T9 H
" u+ }5 ~$ o+ [4 M& m(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。2 \8 p) f9 J* ^, I; U
8 Y% y) t* }2 I/ A7 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。8 @9 @; ^6 U& D" x
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3、Orbitron应用
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2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。
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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。
K4 Z* W3 N! S" x1 O9 K; @, q0 E% b: y& C' _5 C
2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。
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% n4 ]$ G" O, k) X& T+ Q2006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。' U; v1 A2 E* }
( A- j% l* B7 @) l5 b+ S(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 x. @' V1 d$ I% i! K: ~0 E1 ]# `
8 |8 m- R7 K! B- r2 L2 Q11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。
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) X5 }! p) y. ~) N/ O0 M( F, r6 B* f11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。
; u; w. f, L8 _7 d3 S% i% M
. f3 @* x0 @. N(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。" G& F- R3 y+ W! O
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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。4 u- W6 g2 m% F q( Z8 ?
) V# X% x2 d- v% }ODTK轨道仿真器1 R3 F7 ?3 T L5 g; w
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ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。6 w: r( m- }* ~; U! I
7 r3 E/ O$ {3 J$ w! hODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。
% R: ?* l' S( B. ~" ?) `& m6 g. t
& [* z4 K% L5 u8 S( w4 K, JODTK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。! Y3 l8 S4 P" d; s
6 a x$ C5 t. A$ e9 {* X1、ODTK功能:0 ^7 X x+ k0 j3 }0 _ m
9 b7 u: ^! w# |5 h* j& Q9 J8 T$ b
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 Q; H( w p! {8 C+ I
& Q+ e4 u# w! @. W3 s% h6 OODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。+ l! z ?; i* p- F
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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。
7 U* B& g( O, ]; G: h" J; v2 p1 `4 @! d$ H2 w& _( L* @; z
ODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。
8 M" S6 o' F% e m9 Z$ E
2 v( ]% p; [* F" \8 ~4 m7 n2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:$ O$ \/ f0 u. {' H* D( e
3 c3 Q6 @$ ~. L: |. i: {# p卫星轨道的误差;) A0 L7 [ Y+ o+ T* |
% O1 ^# K0 x. y% G; r3 {跟踪偏差和卫星位置;; T8 ^! n/ N! |3 J4 w& G- q; I
$ z, Y5 O' F4 b$ r) ^2 Y( h
矫正卫星的校准参数;, m1 Y: P" K% y: {$ B
% {8 l0 t$ k1 X L& Z# V! E
卫星运动的太空环境影响;
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全球定位测量卫星轨道和时间;% P3 H1 M1 k( R4 ^3 t/ [6 `
. U; @, _! d% g2 S: k/ ]0 S8 u0 |全球定位测量卫星监视时间;
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/ a- s& v& A8 @' T+ r( JODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。
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8 ~0 A" Q+ m0 E9 ?1 K3 N7 M8 _- U y3 H$ d* H* e; S/ O5 w
StarCalc星图
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5 B; r, t; I9 H# t! M& hStarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。2 B+ f9 t# x& m& O) h
" s# t+ f& I% L$ D2 hStarCalc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。/ C) i7 ?' }7 q8 K7 Q6 Y
5 u: `0 J4 ]. |0 O( c0 KStarCalc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。
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StarCalc星图功能
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& c( W$ M/ g Z! \/ _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;7 v/ n3 \' w8 k
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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;
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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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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;: Y: v. Y5 n+ Z- B1 `9 c9 |9 l
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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。
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