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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
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! Z$ ^. J( d o! F+ `4 B7 ~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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* _; d ^- Q- k, p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。
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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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$ }. d" i3 v; j0 [, NSTK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。6 t: ]9 A' ? H, b
& t2 b: C0 @" n- B- Z) e9 G2005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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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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- W. _: w6 K) l7 i+ o8 dSTK/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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8 y E1 w1 H! C+ N3 N2、STK/PRO主要功能
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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。8 u9 L1 L) \$ G8 z( H: @; `5 E: ]
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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" Y1 z f `( @* j
+ K/ z7 f( i/ p7 |" ](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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+ m6 n0 S6 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;, m) M* e, G3 r
( v, g+ B0 I/ p2 b- h(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 s$ u2 |0 v9 j, D* F, g
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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;/ o4 P N7 K- x, b( t2 U7 ?* K& G
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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;7 z" s+ {2 p1 J/ h
2 d1 l1 [$ F( p0 \6 C- V3 a' {(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。) u8 h9 n: ]$ g% f$ K
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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;
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* }. O# S$ P- G+ Y- j(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
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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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8 a T4 v# A4 ~(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;
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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;
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(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;: P$ @- @+ P4 b# l4 t6 m( Q9 ?
1 [2 }' L0 ?$ N# B( [! y 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; B9 N) O _4 k3 h- W* y# h
: G9 |7 [; P/ ^6 j) y/ {/ D(8)姿态仿真和指向:定义飞行器姿态,包括19种姿态定义;
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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。4 v5 ] J1 I- j2 w6 j: w% f) N3 s
# r7 Y. r" u1 c8 ~1 s- s4、STK模块. w+ z4 g& z/ u. w
6 U0 O: U4 t9 i. l* O(1)基本模块。
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(2)分析模块。
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(3)综合数据模块。
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9 m r" p) l9 u(4)扩展与接口。: u" `* j v( ]$ w( d! a1 H
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# T* x( D; x8 }# r4 y/ ?9 `7 W/ qAGI卫星星历
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1、AGI卫星星历1 l R/ l! g% K* g+ X2 L9 @
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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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8 B: l' ?# b' aAGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。0 _) ^. I0 `, o2 `* W+ ?. W! x
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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。- k a% K6 j9 E, z! \
& s% G# K: b3 q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》。# |. P: i" O0 n* `
9 V& {/ Y8 t8 R, K5 N- w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。; z6 I: x( ~# E$ `$ c: |; {
. l" i) }6 f# l# m8 z3 S8 z# ?8 XAGI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。: R/ c# J) ^$ K9 D3 @
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2、AGI软件应用
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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。
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6 m' @+ g; q/ h4 c1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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. p8 r* H6 O7 l3 c1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:
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; v, G! Q. @9 h1 d. J g2 O9 n7 P(1)时间:2007年1月11日到1月12日。+ R( `: @, ]8 v g: @0 w
9 L* O2 c' R+ g“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。( V( W7 E3 P8 C* H7 v" j
- g; _4 D2 F, S, sASAT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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$ [9 s* |+ h' H) ^+ c(2)时间:2007年6月15日' O" }' T/ E& k/ h N& N0 [; ?8 j
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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。8 P$ O! `- j3 G
6 h9 u7 B$ i. O lSATCAT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。2 X& I$ i6 }9 {9 r( Z; ^9 b
7 j7 I4 Q1 f6 t4 y3 N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。: v% \- K7 ]& x4 M
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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。* M6 V! g- T& b3 j! W2 T! 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。8 W1 T' Z; u6 c, L/ t) @( t. w
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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。( p' t6 \% f. B: m" U
- e& V2 h# }. _8 _9 G8 mNORAD跟踪系统; }, K9 m1 [3 g3 K0 M$ H
9 J' U/ E5 I9 G( 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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6 N& A2 G8 C INORAD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。
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4 D! b3 h! m) x9 ^8 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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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。
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; K m! A) z" @: \Orbitron卫星运行轨道计算软件2 Y$ S6 _9 H0 b# m( S, {4 Q) O0 j
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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。" ~! }# n( o* c" {$ v* O6 ?. e9 t
6 |- i3 C/ m# g) d$ g" DOrbitron由波兰年轻卫星专家塞巴斯蒂昂·斯托福(Sebastian Stoff)研究发明。7 P! c' v1 \, D' B$ z+ Y: r7 b7 M
. ]& m. F3 c a$ Z, d ]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。; x( d$ O6 t! C- }$ J
3 D0 o7 ~; e, h; h9 xOrbitron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;' n2 ?1 `+ ?$ }( k
5 ]0 Q% r: f- u& C' j+ u) J$ o(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;/ o4 p3 k) c* \6 A
# f- u" h. V8 a) M, u7 l& E(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;
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( t9 B; ^; b# T* Q- h(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;' d4 I: L* [* ^% h, O3 N$ B0 z
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(7)内置一个屏幕保护程序;% Z! Q: u3 }" ? v) j
/ C G" k8 q! S* T( r( _1 L% Z2、Orbitron特性
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3 V9 X, G4 p7 f" d' H- Q(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;
5 d# T+ D" H a
4 C, S, G0 t8 b, \ P2 X+ t(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;5 K6 M' v. A1 W# I; t
- X: p5 N' T, v3 x3 T" \(3)能同时追踪全部卫星;
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2 Q5 }: D+ w0 f8 a(4)追踪太阳和月亮;. U, z$ A) y0 u" Q" K% @+ _
) M0 \- Z; c) E% e, [3 g(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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0 [& N/ ?5 ^) r) y/ F3 o+ [(7)卫星频率数据库;/ O& }8 e4 U0 u: L1 b. I
- h5 Y& S0 x+ S) A1 o(8)雷达扫描卫星;
. w" v! w, V/ ?& c8 C( f: F
; J! d, N; t! x, ~! y$ z& Y(9)支持多国语言;
3 k/ f2 y& f. n, H9 Q" w, l
* }, ]: y# A4 e, w+ @5 {(10)支持来自640*480的荧屏协议;
- @! `5 ]# Q" W; _0 ~) E) D, k6 ]
6 [" i2 V0 q+ A9 t" @(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);
8 m' Z$ q) t- }7 t8 t- ^7 f& ]6 @6 _) s' _: B7 V+ @5 ]
(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;
* \; G, Q9 p% N8 L2 a2 H) q; z( l5 r6 k
(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
W# g$ S* ^( e) B" X7 N+ z5 D5 ]
6 m" F* K! g4 o2 a ?: p, ^(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。
& G; u' k6 V- i2 ` E y$ i
. q {/ P! h3 A3 P+ @% 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。
4 ]- \+ _) u- B" q7 X1 G, k' M# |; _7 K5 K! f1 Z
3、Orbitron应用2 R% I$ [# K# u7 c1 m
4 H' q% j! v4 |# A
2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。
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, n- T' b( c6 E- ]# {3 v11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。
: L; l/ p. n' T- _6 U4 }, m. f
& G8 C2 H( w& N/ T. }8 {2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。0 E" R$ Z$ T! y! |: N1 Y9 b
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2006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。
/ P% n5 `0 ~% K: Z+ I+ Z
) a, t7 U7 Z, B9 k* ~4 |(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。& Z* T4 l" I4 J+ n8 S! F0 w
5 y" `+ W1 y, [0 }' p8 f8 g! l: M11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。
! U0 X# _ n T3 k" ^2 k' P1 i/ T
& B6 h) u( ^9 ~" M' Q0 \; c11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。8 D! E9 w/ V% E$ h( C% P
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(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。
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$ V8 P9 r; ^- Q' m11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。2 }* Y/ |! v$ Y& z5 P9 J8 s' O
/ I, q! h% B/ ^0 e% E: w P
ODTK轨道仿真器9 y0 d6 z8 F y& l+ Z5 G7 z
; D% A& t& Q! B, u
ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。
0 p8 S. v+ `% _* g: V9 ^8 q
* @; R2 w% G! ^, sODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。) x' {! M0 P& k; g/ T o
4 B! ~9 |3 O+ a/ |3 B/ AODTK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。
: t/ P3 s% S1 H* G6 Q* V+ U8 m0 x/ I
1、ODTK功能:
% A& ? u1 B0 D: [8 B e# f0 t' R' [7 `4 l" v
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。. y y7 d3 B! N
6 ?; J- r- |3 F3 u% T* @! SODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。3 y4 Q: e" a6 N) `
' U) E! C) ] p n6 E
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. n% Y* C$ L0 o( j
l3 U, o |6 C: \2 m: H( mODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。
4 [1 Q7 C2 G/ m, V0 `
7 a! u9 i/ d5 z" I2 Q* i- G' J2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:
' L+ h( |7 a) A2 I2 k( v# P: l
' N3 b/ P1 ? ]1 v5 @3 m卫星轨道的误差;) W/ L7 k% H5 a z7 a' `
* o& m3 c: ?8 S4 l, K, o& g跟踪偏差和卫星位置;# J" D5 w2 e4 n* H, U
) s% O0 n }( x矫正卫星的校准参数;
1 h5 Y9 j& r& K, V8 C5 D
( ], I" M$ \# }6 [7 M: N* q t ^卫星运动的太空环境影响;* h$ S& }: m, M
4 s$ l* r' @2 D6 E2 d/ G, A
全球定位测量卫星轨道和时间;
% {( M" C7 t# ?0 \
2 t1 G l* u; s; `6 ]全球定位测量卫星监视时间;% c; } g: i+ p. o$ y
% f9 ^6 `; r* y* ?# R/ @ODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。6 c* D5 n5 N0 L) {7 N8 K
: F2 |0 T1 G1 G% A1 a& [
9 K6 a! C7 p3 p6 E" E$ p' P+ F4 o
: `+ q* @9 x; q+ p- h8 wStarCalc星图
- o1 n3 _* J8 @+ |, c8 i* T: L: ?1 w) Z- T8 Z2 ^
StarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。
! @, l: N# K' S4 P/ ?8 L/ g4 B$ t8 I9 D" f: t d$ S# _* k
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。
: R# o6 s3 C) k
/ y- k& o/ c0 R" M; A' z2 g" GStarCalc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。' a6 O& v' w7 _) K
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6 K& [) C/ f8 f1 u; R9 k, ?- t( ?, J3 E! \0 u9 s/ @: o
StarCalc星图功能
( _& ~' w3 w" r/ \( l5 u4 f9 P1 J9 U' @1 f, m6 o. ]
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;6 M- n+ R, Y/ y+ P" E( g
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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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! P! O# @2 n. ? y1 o0 m3、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;
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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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# r1 O' W6 q4 ~5 T8 Wurl:http://www.17kws.com/thread-25693-1-1.html |
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