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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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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。7 U- v1 L* p: O* l, z1 A
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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。
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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。0 f8 i- q7 z5 t, L" K
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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。, y B1 D. v/ G1 O: p
/ D p& e) Q/ i! f- e2005年4月,Analytical Graphics研发出STK/Professionl(STK/PRO),是最新的卫星工具集专业版。0 R1 i$ A- [4 T9 B
{/ |; |' Z) x v k1 OSTK/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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; N4 j* r- U1 r/ X- e5 KSTK/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0 k; `6 A; r9 `7 q3 Z3 Z
{+ ^' K3 d7 S0 M7 N" ~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。" |+ M; Y7 ]" ^$ q
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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;$ [+ F- ?- ~( z5 }2 _# S8 O
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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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( |- Y5 m) B( K( a8 \(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;; u/ H Q* S) x. S5 G$ \# L9 d
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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;1 a, x! r* b0 c
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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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(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 r1 L% K7 ]2 w, @4 x0 ?(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;- R$ b0 l' K. f! ^ b) j1 `
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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。
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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; N0 j$ M7 A, d( N* D. Y) c' I/ {, C
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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;9 k/ x+ j' A% D t3 \, G3 f
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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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/ r; z0 ^/ j$ N, U! _& f6 o6 `(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;' G9 [2 a) g1 ]" q
2 K' I% B; P" c* U- g(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;# K1 q9 I# F9 w' }
e0 T0 a! U |8 B) ?; q8 Q(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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$ ~+ E7 Z4 P) Q(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;
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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;
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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 J( X& C! \3 c, d8 M7 j(8)姿态仿真和指向:定义飞行器姿态,包括19种姿态定义;/ }# H1 w' g% a: ?* E6 W
0 P& f; }; h2 g& o) \# g(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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. R6 K5 n4 u i+ t(1)基本模块。* e3 @( U' I/ x6 v1 }) H3 m
3 ~* ^' S% r: S+ n8 O% e(2)分析模块。9 c) q# U B# w0 y: B- o- w1 _
8 Z W# S, X- P3 j. D(3)综合数据模块。
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3 M/ _8 ]; k: w(4)扩展与接口。
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7 S: e1 i) K1 g8 S) dAGI卫星星历
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1、AGI卫星星历4 w4 S+ J6 h+ 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。, Q$ _2 @5 J S- [. o
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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。
( R. O, G3 w& s# P' o# t
- Y$ u7 e; `2 o2 @' Y) Z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》。
- I0 v' {; F/ e. c7 U: b$ }6 V y6 M9 K/ b, l$ }
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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# R0 k& H! I( A; V0 z$ N& o1 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。, w7 g! P% `) O2 F5 ~& k
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2、AGI软件应用
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' ~) [8 O7 @& \/ |# FAGI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。
& s& E, n' @+ q& B
5 n% o0 o8 u* x4 [ u; d; f1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。
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AGI的测试:7 u. J3 I" T5 [( K
8 G# ]- C, O( T2 Z( g% h' }! i# O" e(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。
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8 Z m7 t& u2 [“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。
- \$ j% y& q& A& H& K' u, r1 o, o7 g1 E0 l J+ f- Y% d6 g
ASAT攻击前AGI文件的画面,五分钟后攻击,“风云”1C被攻击。2 A# j' R9 c# f: u
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(2)时间:2007年6月15日+ u/ S' A. j6 V' W8 V2 H
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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)。2 a- f1 I- \% q% S
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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。
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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。1 k6 T7 Y$ g6 Q& I* u( c
) y1 S- f5 P( T8 r" X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。, Q- _" g% w ~* y
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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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9 ?% j6 s3 l& ^“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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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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' @0 k/ h/ e! [ i- M) FNORAD跟踪系统9 O; C5 h! l8 }) o; V K; G8 K
2 f( i1 m: j8 Y$ H& `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。2 d* K! f+ L# N4 b5 U6 Q
3 z; T1 N& q% u1 i- y7 V+ `4 jNORAD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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4 J! ~1 u3 U4 u/ z4 h$ @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。
) L8 m; H- l/ n" o
* L) z, q* O3 M8 M8 M8 |$ S1996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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5 Y2 ]% ^' ~* M9 b. Q0 d/ U: z) INORAD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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6 {5 \- v, {% |- U* \Orbitron卫星运行轨道计算软件0 b- R' P" G5 U( m: Y- w
% B. a# n4 y: 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。
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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。
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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。
% S' l" ^7 @ g. E
& Y) J$ F! [. {* b+ T) K7 KOrbitron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。9 q& t; V6 v' a. n1 e/ E( M
( y" D. c) A& \5 [% a r0 A& {5 L
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;9 z0 N7 o4 X6 M; Q" k
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(2)全屏显示及简报模式显示; {5 r6 F( x' S: l$ v* w1 ^
: v7 e9 \3 p$ w. P }; f4 r
(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;
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! x2 o1 y% @- p0 S! H(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;2 m0 P2 ^/ _2 N( a( ^. K2 F. L
! ^9 @, q5 s# |$ t(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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$ ^& l! R2 c& ^% n# w(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;" H! X( y7 a5 }+ R& m( M
6 \9 I" o0 V9 Y, `4 N2、Orbitron特性, g1 {5 e( R; a! \ {
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(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;+ Q+ F# W" b1 i, l6 e4 v
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(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;% \. x" b8 t+ B. v0 L9 p
: s0 A8 }7 h$ s. }- ?4 f& Z(4)追踪太阳和月亮;$ k7 y+ T- {) F7 w! M4 n
( D+ c' C3 r" u; p" X1 S/ F(5)卫星轨道运行信息;
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# }% R# A) l" u* l, x6 }(6)全球城市数据库;
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(7)卫星频率数据库;
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(8)雷达扫描卫星;# M7 `1 y. W! {+ a% D/ s [
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(9)支持多国语言;
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(10)支持来自640*480的荧屏协议;
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. Z9 ^" }# o, c(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);
3 k, ?" ?3 Q H
9 l) X/ Z6 {4 e: v$ y4 A2 e; d: \(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;$ V$ [2 l" C1 q7 @) Y
6 _3 q$ M6 F2 I/ v' q7 w(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
* l/ i/ I) f a% }9 f% J0 m# ~6 R! L7 L
" l: @" F6 S1 |* Q# d) ]! u' x% ^(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。
1 e3 G5 Q# c& C7 m
: O: r2 d; [$ h3 ^+ ^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。
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3、Orbitron应用
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7 m! \4 R4 ]- G9 V6 Y$ P2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。
$ k, z, \: @1 |' ?
% c% ]: J) \' Z9 ? f11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。8 ^* h$ o* S0 |# o% A! Z; t
' t4 L6 t5 o1 M
2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。
4 i* Q4 u# A, i8 S
! l+ M$ I$ R! ^; E/ Q8 f2006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。
$ K( r* z; b+ l2 Y( d) f4 v4 d* a! {; q1 u# A( P
(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。6 c+ W- o! e5 }
3 Y/ F$ l* w' ]7 X& z; l6 K11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。- U! S }2 m0 ~) p; g% Y% R' e
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11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。
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6 l j* ] a2 ? d# f2 U I$ `(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。# L1 I; m7 Q/ U" H4 g; J @
% s. s' \/ k$ n: |7 O# u) f6 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。
( }) K+ w3 s9 d1 U o9 z6 V* E) B# s& z# N
ODTK轨道仿真器) K- T9 f# x+ f7 s9 b9 w
9 w; s: N/ t5 n# NODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。2 A1 K; g( F4 z" [# Y7 n
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ODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。1 c# _3 O8 G& p
* d' z$ d- R8 d" NODTK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。
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1、ODTK功能:! r. J. K. d# H5 r ^! l- ]2 A
' P' J d( }3 e {# ~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。: N2 M( ?* J! D1 x
( y) i- w* o0 u8 c
ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。' q# p: V& H- z- n3 F! Z! E
2 C- w9 |3 D+ q3 ?0 G0 }
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。% H/ K0 y6 {9 N
8 T1 E0 V' P- e8 ?) D( oODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。
' a0 d! z, g/ A# O3 H
. |# q9 K" C' {8 @2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:5 D% w) n( w/ A' V2 M
( O M" L, l& U# C4 A卫星轨道的误差;
2 n- K, T& P( y% ]
6 I/ w [0 g: M+ |跟踪偏差和卫星位置;1 H+ e1 L9 P1 {) H$ b
: Q) X% o' m$ a) G7 K$ r; Q
矫正卫星的校准参数;
( @7 f$ F' |) D! O8 W, n+ f2 S5 N# I
卫星运动的太空环境影响;% @ T Z' [3 Z; ]$ {
" M' S1 g2 d+ L9 z9 M: s0 p7 l7 B; z
全球定位测量卫星轨道和时间;" R. b: o; K! {6 Z
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全球定位测量卫星监视时间;2 }4 [$ O ] E* Z! Y& _
4 r& p3 h6 e0 o% LODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。& l b/ s4 Z; w S
4 ~. f* a: g/ ?2 H+ Y' `! k
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* z6 p. g+ \$ [8 Q2 E$ z* aStarCalc星图- X/ G( T7 y8 L3 ^
: X1 L# p) O, d8 P6 {0 ZStarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。* Q4 L+ G5 |! I$ l: Z
! G) w4 Y) \: o' T7 n( Z) w. CStarCalc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。
# v. a; l( y Z. J& ^! _+ ~# ~9 O5 w; |9 c# C9 n& J, ?1 R
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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, C0 ]# x& o& ?2 B) ]
) M6 l1 k6 a$ a+ v( N
StarCalc星图功能
: @- D% F/ o! E% T# g
/ \0 k4 ?+ M2 g5 H6 s L" z6 T1、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;& @3 C; E- F1 f9 r; h6 b. F
: U+ ?4 y1 c" J; y+ _; \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;
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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。2 b% m2 Z$ F6 w$ D) t4 J7 E
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