卫星工具集分析软件0 v; |; M9 V+ J* I; L% |
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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。6 |' ~" T4 u! A8 ^2 K$ \ M
) A. }3 }1 T- w" h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。5 e G0 H" t/ [! 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。- N0 i1 M. Y$ Z, a. } L# o
; j# |8 n- u5 z& j2 f2 KSTK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 T$ i7 T& ~& @1 }" U
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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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1 a1 ]! ~& u8 C% ^! @# W) o* r2005年4月,Analytical Graphics研发出STK/Professionl(STK/PRO),是最新的卫星工具集专业版。- B: a1 M3 W" y( G$ b+ s6 A
6 C; P' O1 N' 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。2 C; s" p: ?9 c8 j
( L% M; s/ o! f7 v* aSTK/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9 ?! k* w- R$ t& O* I. Z0 ^4 ^ C
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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。4 p7 q* X3 z7 l) ~
/ P0 v( y8 K [" S(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;) A7 H# I- S* p) E. |3 H
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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;5 h: v4 v! F4 k% U, D @! Q
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(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;& m4 }, S% R8 `% m+ }" L* d/ k/ n
% E0 p" U: I1 k# i6 U(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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& @% E- y$ r- \$ I2 s7 e% S(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;, i% I* A3 k' G8 j, M9 y$ {6 s
- |/ r4 |+ m5 U4 [(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;$ l) V# v) ?& F5 d- U: x5 u
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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。* Z& F8 ?4 U/ S% t' P( g8 A
- W* E: i9 l+ d0 E3 ~6 i8 r% vSTK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;8 T5 Z+ D' G( r! ^1 e0 N
0 D, B" d% ~2 C+ n(9)图像保存:可将图像结果保存为BMP位图或AVI动画;, w+ F0 ]) @# F: S3 K* O4 |! 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。: E) {8 J) j( i* l8 E: [
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3、STK/PRO特性0 K! N' g" q, a& R% f4 l
0 w4 Z' N# Z' a8 \6 g: @(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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/ b1 u( o% Y8 q% x" b1 V- Q(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;4 X% P% E Z' I
2 I- }7 T7 p' h9 o7 o6 \(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;7 g7 N# [1 z1 }6 U2 v) ?
/ }7 l1 _4 u5 j8 x% K2 f(4)长期轨道预报(LOP):精确预报数月或数年的卫星轨道;. {8 g, L$ N. o2 s' S
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(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;
5 ?) ]" j4 ]6 Q( g' _* I* y- N; h! |: q. u) _ {' H- z
(6)区域目标:可定义N边形区域,用于地面区域链路计算;8 @3 z b6 B- p
) {9 K" I( o5 ~# K6 k3 F/ g
(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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( f+ w, l9 c0 ?; ~& I(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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# ?) B9 t; X* L6 V& I6 E(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, P$ F8 l( o) R! D: t- K% F9 h, L
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(1)基本模块。
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7 s) u4 ~" }- y0 A& C(2)分析模块。
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5 r( _( u" O( M$ S/ J(3)综合数据模块。
2 p, E- }- F- Z7 y) y. @1 P% y. R5 u4 A& t
(4)扩展与接口。
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AGI卫星星历* ]' D& u! g1 v; l
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1、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。
+ b$ ~1 _2 u) K+ V
L( J6 y; u7 O# a/ R( P5 J/ uAGI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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- ?. J3 N& X B( z* `. ~5 u( m1 }4 p8 m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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1 I2 Z+ e/ v$ ?- H, 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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0 v" `, {: V8 ]& Y2 z0 h h3 \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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2、AGI软件应用
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7 x5 n; E% D; i0 u6 E+ WAGI软件应用举例,从技术的角度对AGI软件会有很好的了解。$ R+ R! ?4 c$ n% }" P q
, \, o7 b. z; B# m# f& W9 z& x, E2007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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# o0 G0 v# V" r' l/ Y1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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' g: h0 Q+ R7 \- j0 _8 j1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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, R7 q) ]- |7 bAGI的测试:) W+ n) N0 S; B/ ], a5 }' r
w6 \" f1 q `' ](1)时间:2007年1月11日到1月12日。) f5 Y9 e0 l# I* |8 {
9 h3 t7 q2 a$ U$ T“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。
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ASAT攻击前AGI文件的画面,五分钟后攻击,“风云”1C被攻击。7 U) U0 a/ Y0 M# A
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(2)时间:2007年6月15日# R m1 a, \1 m5 O
$ D/ s3 [2 J" r1 i6 i6 N3 DAGI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。. E+ B: M8 ^# |* A* `+ U
: \2 y% U" C" V( A+ p0 N狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。
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! p# H( G; \/ n% y. `) b7 r6 e8 b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。" [" {4 q, n0 ~ b
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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。
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/ `: z4 I+ C5 H9 ~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。& b" k4 F0 Y9 q
3 ^9 Z3 e! k$ T# C+ e8 ?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。
; Y% i# _; A+ a3 h' u; D P) n: w! f/ ~
“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。
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) f7 g1 v7 i2 `6 G6 n. v% \: w5 ]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。
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. r7 H1 e% m' w& Q( ~ H2 ~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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) \1 l( E+ {0 @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)。/ U- L" j8 o$ }, \
# `- g/ ~/ A" ^4 W( t) S( N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。
, }. `5 [; _6 r9 H" K. S t9 c
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。4 C/ C4 x2 I4 T
; c/ U4 D/ o: B4 S3 C9 m$ X/ q, k% UNORAD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。
& ^# ? R# _, W- d8 C% g- x! B; V, K4 L
1 p8 W7 p B4 {$ b) F/ tOrbitron卫星运行轨道计算软件. w2 n, c" @3 m! k6 `& e' b
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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。; P) }- f6 x; d7 q/ r+ k M" {
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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。
( S, J4 l) L$ r7 ~) {$ J6 o f7 \+ D+ e0 }: {2 p
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。( f& @! D, \( O5 ]
: i9 J8 z/ U$ p' P4 n. \+ {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。 Y) p( {8 y6 d! m) k
7 n* s* \+ s& I/ t+ U1、Orbitron主要功能0 B; h3 U F2 ?' z3 V. q
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(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;
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- R( G5 a6 I- ^(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;* S4 S4 T5 [6 c' A) y
* @) h* ]1 U4 @(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;2 Y" p7 k+ Q& X! q G
0 J, K$ ?, d2 i5 w. \. \3 r# t(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);
4 h( K" x4 Y9 q; ]% r
1 ?* a6 O) M6 I& g8 b(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;3 o1 y1 D* W& X, D. S
4 j% u( C: n+ u/ U$ r7 Q9 J
(7)内置一个屏幕保护程序;
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: a1 V: w' I- I9 w" v2、Orbitron特性
: c+ N3 |7 a/ g9 J
: ?2 b1 P/ b' f- w8 \, j' B% d% u) o(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;. P3 u- Y* F; u7 u0 R4 z1 I6 t: o
& C. i/ u, }9 ]- N& N
(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;
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(3)能同时追踪全部卫星;
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6 d$ a2 V7 m8 w( x8 }+ V(4)追踪太阳和月亮;
) g5 S+ e5 {+ }" i5 f. V6 ^% m$ o/ }! M' @
(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;( I* S+ Z) h! O% i3 K" a
, b5 I+ n3 @' A/ z5 R5 s) e4 f0 Y(8)雷达扫描卫星;1 S# d5 y: W, Y! c) B
5 ^: ^) ?! J3 _1 w(9)支持多国语言; C$ D7 J4 N' s+ n! N7 j# N' v
! M. X8 c0 m- y* o5 G(10)支持来自640*480的荧屏协议;
, J3 M: w) p( W. _3 w1 T5 X( {4 N' v7 c3 r, V
(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);
# x" r4 H+ V4 N* S) T
2 Y' B( U9 h) `( }% q7 b(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;( k u; R) S6 C2 q9 \" H
: ~2 V8 ?0 a3 g0 I& n/ L(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
0 G& ~7 |% F# _+ h$ ~) {) ]( j$ A/ ]; J! U1 ^2 b
(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。
# d5 g, `8 Z$ H+ M
0 c N# q7 k; }7 a& r. ^( B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。
/ ~) t8 G! a7 G8 N; w6 s- H* S& F E( \% ^$ x! |9 N
3、Orbitron应用! G A" `. |- f
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2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。
5 V" [: `9 f" K0 B; U* Z; r+ b! ]
* `4 X$ l3 o6 L" b11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。
* I( G8 @9 c: t0 N% U: j8 J5 o% J+ _& p) E' W% D
2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。; h# p7 J4 I0 [% a0 ^
/ Z6 w5 v# N7 W7 i+ g2006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。
/ q1 m# _! _3 B* g2 `8 D6 l
( X9 {+ k4 H8 D/ J1 H* m(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。
: r6 x7 I: k$ {+ y. p& o- _/ h5 i4 Z3 j) V9 K( G
11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。9 _. L4 {3 R! Q+ V' H3 O
8 G# k2 `3 R4 o! t' U$ }: X) b, E4 g11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。
/ R, e, e% D u7 m) C/ n. q
5 t9 H; k5 Z# m3 s- l* E; ~; ?7 o(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。6 T! B5 x4 H4 [
I7 N: t) q5 ?' B4 v. L$ E6 h3 S11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。 V6 b9 p! I0 j" `
, v& H& d7 n+ N% k4 [/ w& Q7 XODTK轨道仿真器. F n9 H9 R- x$ x
A6 @7 F2 n" j; A
ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。! S1 \5 e9 y+ Z! `4 k
5 B1 T: x7 F" u2 eODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。
) O" I- L7 K# t
+ c+ o6 e: r3 c7 L) u n' PODTK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。- b, Q: \5 N: Z8 W3 D$ w
1 q) v1 v8 ]4 g; R1 P2 g& x7 v: F C' u
1、ODTK功能:$ c( M2 ~& p g2 H, y- F$ B$ o
8 z( `- O/ J/ |! z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。' Q; K; G& D1 t2 U6 m5 K1 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。
4 {7 Y1 Y0 t1 o" n8 z0 v$ Y( X4 S. Z6 i. U
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。" F, J/ g" l9 x% D; D7 K, U
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ODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。 d2 R( f% S( J0 l9 z& y( U" _4 B- ?+ M
- h$ R; A" p S2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:- J4 r! [" V7 ?% O4 Z7 B
/ e! c9 o$ Z$ S& m# u卫星轨道的误差;0 L5 A) z+ `5 r% `. m
0 t$ \( S- O$ x) ~跟踪偏差和卫星位置;
8 k9 ?) c- d- N4 H4 A3 ^1 K& A; k" L" a* \- r7 ]$ W+ H
矫正卫星的校准参数;7 s& O% Q) [9 r4 a& ]
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卫星运动的太空环境影响;$ O' I. n0 D }# a2 p m
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全球定位测量卫星轨道和时间;
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全球定位测量卫星监视时间;3 |6 b7 ~6 u$ i
* ?/ i7 ?* H0 [6 o. l1 J1 [ODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。 q* C$ }1 f- k
% Y' X& h" X# R+ ~, F& s) y: F/ G N1 K* z2 G V
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StarCalc星图
6 q6 A7 }* Y3 f% B6 e d" J/ H
6 z% L9 C l* g1 X+ `StarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。0 W5 s9 N) t6 h, f, W
3 c/ `9 Y& z! J. J7 d8 `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 f7 R! q1 l& i4 M7 @2 i( n. d$ O
5 N+ k6 L1 G; RStarCalc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。* P! Z5 k0 h# e
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StarCalc星图功能3 ?% \4 c8 Y$ D2 q/ @* ?
/ ]" x" B# o# K, F7 s# @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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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; F; ~/ S6 b, D4 b( t" n' _
* j: s2 a9 x& {- H L, ~. d3、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;5 T2 _5 T4 y6 l* o c' N2 B
! {6 G1 p! K& N. I5 ?# Q# S. D5、数据精确:StarCalc专用的SAO和Tycho2星表的数据下载,能精确计算。( V1 b- Y6 |0 ]% V, v
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