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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" ?" @3 z. n' S U$ G; X: ?
# A, R+ ? G6 |6 B1 r( N1、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。8 H0 w _5 L& J' g- z
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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。
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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。# d7 i7 [' [5 E& m' @0 p
' _3 A0 M0 F7 n- GSTK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。( W% v5 P8 }" S* k- V
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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。9 B5 C3 X6 H T( \+ n
6 f# b4 h6 m% q' \+ v! C5 C5 qSTK/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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5 B9 A& p# ?* z' \8 _0 Y2、STK/PRO主要功能 W# c4 U: G! N+ o3 i: s9 a+ h, o
3 H) l# V, b8 K( i- {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。/ k) G# K5 U, e) U
6 P& n' T7 B$ L( U' \(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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# S' w q* U4 k& G; b+ |(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;: ?3 K4 o# Y1 C" E. T1 y, D6 @
' X! U% O$ O! P(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;
3 g: Q$ f% d" T- W% D }, m- B# `( c' M; f; y: B3 I
(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;* C( V6 @+ r Q8 Y
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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;
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2 x2 u% {' g! U' r; x9 L8 r6 r(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。7 y! r- G4 i4 M: [' b, j* O
6 [0 M% `$ f P: z5 _* h8 ?+ zSTK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;% Q7 x* v3 @) m% K
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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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! F+ r& E; M7 q8 ~) h( ~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;7 F: P3 k }! D H5 z/ p* C
7 F& e! ~9 V h8 H0 e! {(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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" J$ j7 }0 e! H) _ 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;
1 M# w5 s" t, D3 u% C) k! i$ o; A4 I) J1 I; ]
(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;- [( ?2 |* R6 |+ y( w8 J
# t' C% L: E* G. i/ V4 F' ^3 F y(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; v6 G' |3 z* U- ~" y5 {. D
' z+ n- C+ I u( f) [# M3 k(8)姿态仿真和指向:定义飞行器姿态,包括19种姿态定义;8 [2 n/ t7 ]9 W0 F3 I g# S7 E
' [9 A5 E" K) @2 R- a(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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% e" H/ U. A8 G9 e4、STK模块( N( i# m1 Z( w1 o
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(1)基本模块。
! g( H- e. D8 L% H8 i6 h1 w& y2 F4 u: O$ w5 F- z4 M0 k; A
(2)分析模块。
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4 P) c6 d4 T! e5 ^ H5 L5 B4 k" b(3)综合数据模块。( R+ j- j: a& t0 G
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(4)扩展与接口。
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. R+ F! D8 ~: F. ?9 V' h) o# L! J: b1 _. i" f+ U8 ?3 }$ Z
AGI卫星星历
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7 G" d$ A! M( z5 v1 S, {/ J9 M1、AGI卫星星历
2 b/ u& X% _ K0 x) X; ]
, Y0 s/ `1 j. o% rAGI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。% o, i" r4 h% U5 X5 H- c
. W: w4 q( l7 _- h/ }/ PAGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。
* d2 j2 R, {8 B1 q! h) H0 V4 A3 Z$ s# n; M t/ T) Q0 w
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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+ m6 @4 ~8 D" B" r$ P" P; 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》。3 p$ L2 _2 u) X$ H( z# A$ X% I
1 R6 m7 g8 D9 s8 E1 i
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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7 H8 E' U! N* ~; M; BAGI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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# v, D( s! n) s, a6 @( o: L2、AGI软件应用! U$ F8 I6 j5 k# n
! I) d+ f) s8 D. G# w% YAGI软件应用举例,从技术的角度对AGI软件会有很好的了解。# e7 e$ e$ X; i& t. h" r& A% `
+ v+ H" D/ v6 S/ l2 s6 d* W" K2007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。5 W7 ]0 o9 h) t8 }& Q# G; B6 ~
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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。, h y' i+ {# R+ z( ?' f
4 e) J2 L9 k* g2 h& P1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。1 N5 \9 Z1 `' O( `" P
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AGI的测试:" `% n" X, f+ v7 [
1 S H9 m G3 b; b* t9 |4 r3 y6 B
(1)时间:2007年1月11日到1月12日。
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1 \1 w/ z( S0 C% \. A“风云”1C被攻击前5分钟的情况。0 g n, F" j: _2 I( {
0 w d; c0 O I1 }' h“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。
' {8 F" r1 e& g5 F! p$ L. ^0 z" k/ w1 `& {/ `( O D J6 E( `* i
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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4 e3 f; m# D, }+ ?: _; I/ p+ ](2)时间:2007年6月15日5 Y1 b: S2 F/ [! ]
7 j, `; X- e7 a5 A* s
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。9 `4 }1 A+ a4 X* |- j
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狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。1 @. H) u3 M/ C W$ i$ h* R& H
5 L* q% {5 n% v/ f$ l
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。) Z) w2 f& Q+ J5 b
6 G& Z- [2 I2 i, N
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。
, d/ d) G1 q3 ]7 P3 g
5 z' K: @! E# D2 s2 m( Y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。* v* d( s: x: l& w- M. D3 B
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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。2 J# i! `. @2 H; e
7 ]2 S5 p' l% i/ [
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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NORAD跟踪系统( ?" b+ H) d) S0 B& @. E- I
5 M3 O/ T% i' c: l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。+ x+ ~3 C$ N1 p V& ^/ Z
+ Z/ U. H: X Q5 @5 `3 I! i1 O! DNORAD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 h/ n2 ~4 |! i. M
) e9 U9 d7 e3 s4 O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。
# G! r8 s. b" N
/ D! i( k |8 h6 [. e+ ]# q1996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。) Z5 \, w" k- u9 K9 ?
# j7 g5 u/ {" A2 @; 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。+ ~" b9 @4 L+ p( Q" i% x5 S
( Y6 r" ?8 l; D v& kOrbitron卫星运行轨道计算软件$ r5 j" d! l1 ]" @
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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。
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/ E$ {1 E b. z! Y8 YOrbitron由波兰年轻卫星专家塞巴斯蒂昂·斯托福(Sebastian Stoff)研究发明。
% i8 r! {% D: z, q2 N( _. Y
" o! {2 P3 o0 {8 {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。
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9 w4 E4 o6 G0 E8 C, {, I& |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。
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1、Orbitron主要功能
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/ _" S8 J% U* a3 p4 p& i(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;
4 r3 Z, u3 t1 t4 A3 P! p, W
2 f9 a' h( l# _' T# e(2)全屏显示及简报模式显示;' [* R+ G& V( f5 h& c& B: M
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(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;) I1 p# q. |# V7 i$ I
9 T: N" H" z C) w/ h8 P! f6 `' F(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;
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(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;4 b a6 R# M* L! E
, E( w- ^) O- P, g4 @+ _(7)内置一个屏幕保护程序;
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1 i0 E: {1 M/ p& ^- L0 j2、Orbitron特性
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(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;: @) Z. ^7 ^, d$ q' Z: L
( b2 z7 f7 W8 `( [) R(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;
% Q, n& Y2 Z6 m& n
. [6 u8 b* ]7 }) U2 S# C9 n* o(3)能同时追踪全部卫星;
2 X& Q( @2 \3 Q5 X
8 G- S) L- ^+ E; _7 O1 m0 v( Q0 r(4)追踪太阳和月亮;& F/ J2 E* y# |4 I+ v6 l
) J0 s0 ^2 V A B' Z3 m(5)卫星轨道运行信息;
8 Z' ~, f; q" d" z n) ~7 x, W* E: _: X3 V6 ~) J2 E( N
(6)全球城市数据库;
2 i# ?5 u; D4 }/ M/ l. j4 {
! L1 G" w8 @; {/ g8 X(7)卫星频率数据库;) e6 u# P5 V- T+ Z: e) M
; b1 [: [( M9 R5 I3 _: ^/ a# e(8)雷达扫描卫星;7 V4 ]2 a; P* J2 a9 v0 h- s
( e5 q" C* R1 ]% U. n9 a" X
(9)支持多国语言;8 \: r$ H" {( I
5 c3 ] i& L6 F- b2 i(10)支持来自640*480的荧屏协议;
8 J7 d& [" C5 M r( J' ^/ J4 T4 A, n3 h$ |
(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);+ R# w' P" T$ Y2 W) y7 y$ K
* _1 B! j' V' ?) h! J9 w(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;9 P" p. ~# Z7 N" `! _9 ^
6 O( l5 z! i! s# y' @(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
* a7 @; `' t1 X( P& k# S3 Q& ?" i: {( ?, p
(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。
* O) ]# e+ \2 }' F+ d: G: g% h
3 G' j7 D5 U3 g2 A9 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。
6 `1 U; h7 a8 P5 C9 K
f; p V) }9 _3、Orbitron应用
# L% t2 J+ z/ A
2 j- I4 ?( O- |: h: y2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。
0 H. T' }1 P$ u; Y8 A
8 a: t0 i0 A8 _' l- \( q11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。
1 v- o- E3 i9 i! |' o/ Q0 ]7 I5 d4 L t5 E. t5 t7 P& x4 ^( G8 O
2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。+ z1 `0 {( R3 ~' ~& y! k
( @: @7 p7 t9 ~& h4 M2006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。
4 S. u) H$ X% ~/ ]! {" P% }
* @. E+ E' M9 T(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。$ n+ @5 t' A5 f* V! V+ i
& y" D; _- K5 V- y7 \ ?9 ~
11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。
8 ~7 x; v9 V4 Z1 Y
# K+ O' I: M4 F: T5 q11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。% a! L- t! z, p+ e; P4 D
+ _- k) T( Q' u. l5 K- S9 k2 U5 G(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。 j2 ^9 R) s, [% m3 b8 N% k2 t
, G! U! Z. @5 V$ V11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。' V0 x0 `9 Y/ I' g2 O
, P: G. o$ K- G) [& B+ ^1 PODTK轨道仿真器
6 o6 w. V3 x: H7 r9 n7 } k$ S& q9 ?
ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。
( |# c6 o5 ^ _# G4 z
' m- I7 W2 } Z) o, nODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。
/ T/ Z& {. _( u4 j1 i( ^ s$ W. _, s: D
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。4 Q5 s' D3 g& h9 r: a% |# Q
6 x- c$ S" }% ?) M7 m, [
1、ODTK功能:
) r N9 j& |; R1 N: N( K* T+ ~9 h9 [( g
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。# [$ k! h$ A6 ^1 ]8 ?& t. D, Q8 z5 C
1 {4 Y& e+ c- q. o- ~ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。
2 c% e1 w5 L2 O9 M7 M- g
0 A% V2 M2 }* K$ R9 v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。# |! Q/ q8 T' h: y# g5 E
3 k5 H8 }; U& P/ }& y4 w# H" o: Y GODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。$ b3 Y+ w. w% L4 K
- E$ I5 I' t: g9 O+ ~
2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:
3 N4 _ E# v1 D2 z$ T7 n" ?2 ~% l5 S$ \, i) o
卫星轨道的误差;
% F5 G; \9 u; j: N9 {6 o; G0 K' ^9 A0 W9 E+ K' f
跟踪偏差和卫星位置;
7 f( Z4 B9 e/ E8 _' |4 I
% n$ P8 v$ J+ t矫正卫星的校准参数;0 v6 g* C" ?7 W) }: u: m+ z, g
$ j* |+ `1 t2 `4 u3 g" ^卫星运动的太空环境影响;2 o4 l/ D$ P& T9 z" J b
, J; N2 p: r. x
全球定位测量卫星轨道和时间;7 J8 D$ O! ~) `& I- a) X! @
6 P; q& z/ S9 z5 D- b全球定位测量卫星监视时间;+ {9 g9 x6 i! n7 _
) B) u1 ^% t& L1 O5 [
ODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。4 q, w; A1 X' v* n; p
+ h( v0 _0 s6 }
& d, ?/ ?3 q. e6 M/ O3 i0 i' K7 l7 ?- k
StarCalc星图/ a) o c# \% J2 N: I
# T" I7 i O E7 S3 MStarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。
& Q" S, T! D. k3 f7 z
1 _% F$ ?1 L- J* f5 E6 Z' KStarCalc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 n0 }( U k: R
+ }% Q" v. y; l( t$ I
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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+ C$ z) O0 [% U! R9 E# P. o4 r
8 Q5 e& G) h( E( `- Y
8 l8 @! P+ t& u _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;0 R. f& h! z9 l; _- h5 M
' a, C0 I+ k4 Q2 s2、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;. T) L; Q! `7 C& O/ S0 d. h: ~
( j0 J( k9 s) z5 ~6 w% L$ i3、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;$ G6 a) o& i. F0 P
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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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