卫星工具集分析软件
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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。& A' Q7 {3 g7 o/ S
8 g, g0 }; T8 C8 y% \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。9 P9 X, x$ o! g$ g/ V
+ E9 D) D9 q% \: x( L! T) FSTK的功能是产生位置和姿态数据、获取时间、遥感器覆盖分析。
, }! m, N0 y9 R$ A' `, E3 i& ?( D D1 p
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。
" I' g0 g. }( m7 t) t
7 n+ }3 j6 d8 x9 _+ I6 h* v8 D' G! ?$ vSTK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。, I8 {1 {. ]; u" e) s0 G
4 D7 l% V2 m; |) @: l2005年4月,Analytical Graphics研发出STK/Professionl(STK/PRO),是最新的卫星工具集专业版。) I5 t4 K% H$ N, O/ l
( K- r' z) }0 n* ^" dSTK/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。( J2 |3 k+ l6 l4 E
6 A' C9 H% T! m( Y4 N/ O( zSTK/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。: L4 D z4 u, K. b
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2、STK/PRO主要功能! ]+ L) U, U3 d2 w0 G
# C" [: P: O* zSTK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;" K; D: U# i' ]; D8 H& E2 E! r
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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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" j$ k; R+ G* w2 p3 f% t! Z(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;: ^2 R- \0 n: o- i+ [
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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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/ G" d4 ? W5 B(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 ^& j Q& Y5 |6 {' u2 \3 K X
! l8 E$ @) q" z2 @(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;: e8 H; H! w& Z/ j
* J, S" i* x# [3 \7 t+ K(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。1 n5 T0 Z5 U1 Z1 n6 q( P: ?
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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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(9)图像保存:可将图像结果保存为BMP位图或AVI动画;2 R) u5 n6 G7 b! g* O6 C
- c. W( m ?# i5 C2 E2 ^0 U(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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; y* l) r7 T1 R1 g6 ^3、STK/PRO特性
* `' p8 {$ L8 @' ` }) |
7 e! `9 ^2 I$ x7 k& A(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;9 P7 S0 f! m/ Z b4 C; o. b% K
& M$ k) d7 Y3 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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; M3 `4 P) z$ ~( m( c/ w6 N(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;! l# o9 X* ]3 d5 y9 \1 _
# b( x+ m! W( I5 J(4)长期轨道预报(LOP):精确预报数月或数年的卫星轨道;
& _: I6 _ G* c6 Q% V: F9 [& _# v9 r* `4 |- [
(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数; N5 L" Q1 k/ G
) {: Z( P& m8 z(6)区域目标:可定义N边形区域,用于地面区域链路计算;& t2 X0 k3 V, t2 ?
$ c/ @ I( I0 W: a! H! p) M" `: [
(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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9 Y. T3 {2 `. e4 r9 \0 P(8)姿态仿真和指向:定义飞行器姿态,包括19种姿态定义;, |. d6 B. U* a. D: f& N
3 Y) `, a+ }' V) T! c& F {(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。' d/ _! e7 R0 }# q+ R1 f! G
$ i" J% Y% \* x/ z* ?3 D4、STK模块
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(1)基本模块。* e0 c6 F2 {# R. ?3 O' w0 N5 x; L
# l7 `( T! U" u% J(2)分析模块。
3 i. i" ?- T; B3 c/ q5 L1 T0 ?
' v, o) I) [$ _/ Q(3)综合数据模块。1 ~! m% T5 [. T) m
& P/ u% r, {4 p( R6 O* n(4)扩展与接口。
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{* F5 G3 g" p/ k% h/ ]% tAGI卫星星历- j/ U( c+ y \9 j. B ]( i2 F( p
7 |9 ]0 M* n. g. W1、AGI卫星星历0 r6 R) C3 Z; P i0 k6 g
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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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r( Z7 f3 |0 R/ t9 IAGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。! A% Z& B0 b( X$ d b5 q3 F
' }& X' W' Z: l B- t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。
4 j& e7 b1 `# H2 h0 J3 N: J" E, P0 J, ]: J% a! t' a9 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》。" k# w7 T2 S2 y) [
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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。+ e; U! @9 }$ I4 K
3 [% _4 [/ b( b8 _) }$ wAGI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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0 p+ z' N- S% \2 W+ i) ~- d7 f2、AGI软件应用
" d4 Y# L8 |; j* \ _9 p
Z; C4 \; q0 PAGI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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2 d" T) N2 J- A1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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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。
0 [. _+ a5 M6 O* N
7 Z& L& S9 t9 Y" p0 fAGI的测试:' r' u$ x4 W! Z6 B6 w4 m* ]' p) w' f9 L
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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。! h1 g) j# T4 S" K
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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。& C" a+ c- S. e2 t i$ n
/ o6 q; p8 k! O) B7 |7 `# V+ WASAT攻击前AGI文件的画面,五分钟后攻击,“风云”1C被攻击。- b D: T O% v0 N
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(2)时间:2007年6月15日! X# |0 L- c& b4 [
$ r: Z/ _! a6 }5 `. h0 n
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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1 X* w4 }2 g8 W' J8 U7 W& F狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。
e) }& [# H6 c+ R: z% N# [6 P, b J" M( k* s' {& D5 B6 F
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。
7 T( [! r3 I' i$ w- Q
; r& y' R C% L& g( \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。
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i6 G, O6 n# P+ |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。: ?3 }! f+ E: \
4 D7 p7 t# s- o5 O* ?“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。% I* K' w4 t$ D3 X/ H
4 G& @* H( Q8 r6 E2007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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0 g$ ^& U+ i+ \% CNORAD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。( G5 G* ^5 p b% K
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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)。9 v; S3 n4 o: E: [
; v: y( \: v d1 z _/ d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。# p) H* g4 C, E' I
+ G: i) ?3 N6 Q$ w1996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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0 U' r0 A% ]* k1 ]8 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。; [/ L; G/ K( W6 P% F) b
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Orbitron卫星运行轨道计算软件
* _+ L* ]. Q- p
0 ^! U. x1 ~% sOrbitron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。
7 p5 \( o# ]; Y2 C4 ?/ j+ n$ n& i' R: k) U# w7 T _
Orbitron由波兰年轻卫星专家塞巴斯蒂昂·斯托福(Sebastian Stoff)研究发明。
5 W f: |* f% h3 A5 q e7 L- W4 t2 i, Z% m! z# a/ Z3 L0 X" i
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。
2 b8 A+ m: @; v0 I5 ~& T7 N# T* D# r. e/ T
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。
+ u/ M6 M( L0 A6 u: l: B
" u8 U$ f- J- U6 j4 {7 N6 R0 \1、Orbitron主要功能2 Y* o1 `3 Z8 W
8 l4 t9 q" P# V P/ T5 j(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;
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(2)全屏显示及简报模式显示;3 ^3 ~8 Y# y6 z& _7 }
& ]2 z" P; e3 p* A$ b(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;
! T7 w, B5 @( H( j$ \$ u
* T3 c8 O& `8 _0 u. Y5 E; Y P5 s(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;! n4 m" Q0 C/ U8 [
0 n- F2 p7 s. F(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);
% t$ S3 d% g' x0 ^6 y- h7 D$ L& r' ]7 h: Y0 H( D0 e; O
(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;
( i. i2 H" H7 j( v
' b; `( J* @) u& P; y(7)内置一个屏幕保护程序;( p" ] r& ]; R o- x t: L
6 b# S' j$ f' O/ p
2、Orbitron特性
3 Q9 J; Q. Y O$ L: a
0 ~* w4 S2 I8 l6 q* e' t7 T& j(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;
. g+ ?: D2 i7 Q
. E0 a, K F! [9 o1 N(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;
2 y: k6 [+ S( y8 E+ ^
+ M- U$ |7 ]( U0 Y(3)能同时追踪全部卫星;
; ?, |6 ^+ C* q {8 W6 M/ N' F, m2 Y6 x* e/ r
(4)追踪太阳和月亮;
5 T. F5 K6 c( ^, [" M7 }- R- q, j8 T2 U# d+ }
(5)卫星轨道运行信息;: n+ T- S- [# ~/ Z, p
) E6 t1 k* [, W7 t+ q9 J7 q0 \
(6)全球城市数据库;
3 u* S. _* A$ v( a8 E" {4 c
( b* R/ B S. Q1 y1 {1 f2 t(7)卫星频率数据库;3 Q+ L7 N# p o# k
1 |8 X/ i+ f4 `0 O: S3 ^# ?* g7 a) `(8)雷达扫描卫星;
) {. {& |8 E& r* [) z) G/ A5 I, Q# t
2 U' w- ~( C# D6 u) Y(9)支持多国语言;
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(10)支持来自640*480的荧屏协议;
* r9 |- g- r7 y3 E9 W [9 u5 `' W8 T# g. Y* Y' _& K6 J0 T/ t
(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);
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(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;
5 U- D' G4 W3 }/ e8 G' ?% r7 R% W& F' }; i d5 c' w1 W
(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
) @- C$ ]' E/ E; N8 ^ T
& I& H7 K2 n: l1 u(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。4 d8 |2 X/ S* l2 o! r' N* m+ ^8 N" ?
1 }1 U9 g, ^) T0 I: ^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。
6 u$ w; s" v9 I$ p1 M! X: v2 c4 F
f' U! G; U+ Q* U3 W- ]- _3、Orbitron应用
' Y( y Z2 N# M$ b$ o1 y- K% p- t8 U+ V8 b3 l7 f
2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。8 r5 @: v' m0 G1 T$ Z
, f! W, {8 C( Z
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。
' I6 Z3 {" h8 {* F
' ?$ h; S: }6 h2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。; C7 U# M6 y- I( X: L. @$ a* y
" s1 e% t7 E% ?! s$ D1 s
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。
& d$ l) a; \$ f- I- r
; S$ p+ \3 D/ y+ q, C1 U(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。
" C2 [6 ]1 h, ]+ b7 L
, ?& l+ A+ k3 `3 j0 b$ B" a. X11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。
4 E( O0 y, w& Y6 e6 j j
! d5 U) Z" R6 l: h3 o# X11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。- U. q: @ D, K
$ _1 R# y1 J4 j) |! |+ g o) v& N
(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。
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$ [7 C7 \' j- n) @$ u7 c8 L11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。$ I/ g2 G$ L! K, ]6 L2 H z
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ODTK轨道仿真器
$ T. |! f3 D% X0 f% e: r9 m/ m# w8 I% `
ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。
0 F) o; V0 w I. T
3 W/ T6 K2 x: g6 sODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。
3 {5 Q# [' x7 `: p3 O- X4 {" t7 Q$ ?) s! g
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。( K. L4 @" l; n
5 O5 j) ?% [ {$ G; v+ Q7 M" {; `
1、ODTK功能:
: ?! Z# C, }* ]' R
! B) @9 Y0 V, C k& R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。
1 Y8 J# e) j: V; A1 [
3 F1 [& Y/ |' q* ~ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。6 f& @' J, l9 h- s, k' B" k
& e! a7 L; R. S! T# a9 m
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 m. O4 D' x6 g$ A) h
! x1 Q: S( p0 o4 ?' l) qODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。) i! B/ d. C: d
$ Z0 g8 P- Q4 p1 H$ \2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:# O2 S! a1 _3 v% M# {; [0 R
7 ]: @2 S% M( Z
卫星轨道的误差;* _9 u( Z" ?1 m$ D7 n2 B
5 o# l+ d) q1 Y跟踪偏差和卫星位置;: ?. O" s3 O6 L1 p- s# e1 f9 M1 Z2 E
& y) e4 a5 x4 w; s
矫正卫星的校准参数;) l% }7 x6 m) r
9 d9 H, ]- M) m% ^5 {
卫星运动的太空环境影响;8 J. U$ C }4 C" D! E+ `5 I
4 u+ [1 c$ ^6 P' K( z全球定位测量卫星轨道和时间;
( L3 `/ m4 k, D" s; c( t& \3 X0 f u5 k- ^7 R: O, Q
全球定位测量卫星监视时间;
% X- I) f# ]; D% o1 j1 k# p9 b
/ q; s' P- C7 ]8 u+ jODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。( H0 v4 f* H# r5 ?$ S
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0 F! i! n, I: c, p1 r0 [- Q: k2 b# B( A2 d+ ^8 E4 S" T
StarCalc星图" L: I( Y! v0 R5 v
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StarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。6 H F/ F) ?+ U6 h, y- Q
* g9 ]$ u: x9 L# ~- wStarCalc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。
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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。
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# G9 r& o! L0 `8 [# [StarCalc星图功能
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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;" f& [" m7 e/ H
! r, c! r1 p g& @: k/ S8 q2、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;
! a! J, r" u( ~3 c% x
. d9 H1 d/ o0 H& a. s; V3、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! ^" |* i+ h0 v' p0 @, h( U
W' J* i" i, p+ a4、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. r$ y+ g" _3 |: G# T
6 ~" ~) W/ o$ ]' ?. l
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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( z" N# C4 N: Y, j# G) burl:http://www.17kws.com/thread-25693-1-1.html |