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。* m5 w+ N q* O" O9 a: W0 c
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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。/ B+ r' P% \/ Q7 M. w$ [( F( o2 A
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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。8 s( Z% |: @* L7 o/ m
7 R- ^6 }& D3 c, ?' V$ eSTK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 ]. b" M4 G' L+ e5 G- 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。. q8 A- R8 V, K- ]) O, z1 ?
* H: p7 y8 h; X! \& a2005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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5 e8 A' u9 @# o1 sSTK/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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2、STK/PRO主要功能 H5 l4 V! D# M. ` \( {+ h* z- l9 J
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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。
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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;: s# ~8 R6 M# [1 X
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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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(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;( ]3 {1 q9 x6 t$ O" W/ `
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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;
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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;8 `1 V0 w1 u x3 X1 [
" }2 \, N. `: ^2 i: r2 i(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;5 b: ~/ Y! z$ ?8 [% y
, ^0 X+ B" }/ Z9 y(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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6 j8 D- S: g; F4 v3 T" rSTK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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; w! C S; E: t4 p! L e5 X" ?0 @+ C+ |) _; Y(9)图像保存:可将图像结果保存为BMP位图或AVI动画;/ ?& N7 k% ]- f- X
. d( b' C* r& K9 C$ ~4 F) a(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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$ I. D4 o4 T! [4 @3、STK/PRO特性7 t+ V! r P# v g% J# }7 N* R
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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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(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;+ @3 u P Z& `' u- q
! G) A% O/ 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;
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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;+ R8 D; m: k K4 ?: @1 N1 d
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(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;
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2 L: C' C1 e9 M9 L) f7 a% a(6)区域目标:可定义N边形区域,用于地面区域链路计算;9 D V0 ^% a: i- z2 m% o
# o2 q( l* }- y(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;8 y6 t2 }! x% r
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(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。
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7 j' l# l- I& R# X4、STK模块
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(1)基本模块。
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(2)分析模块。3 `3 i4 P1 H' f
5 e. E' ?4 F% e9 p1 Z(3)综合数据模块。
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(4)扩展与接口。4 b0 i" Y& s; a+ W
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4 E+ L; a6 a6 v* A* ~0 {& d! UAGI卫星星历/ K# }% P' {& m" X
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1、AGI卫星星历
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5 e2 J1 ^: K% S" n; z7 r" m& tAGI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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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。 d: _& L/ q* H4 s0 y% T
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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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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。+ M3 ?" a" b1 m% N+ v, [& o
: v$ h! x7 ^5 ~1 ~0 b5 S1 mAGI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。' }0 O8 T8 Q2 |1 [+ X. b. @
' `2 S7 ?; W2 W: z! t* ^; z2、AGI软件应用- u I' |- N+ r K% X
3 p* {- c* R8 R! _6 g9 | IAGI软件应用举例,从技术的角度对AGI软件会有很好的了解。3 T9 |) @& ]( U$ W) @% l
8 c7 M( [' J+ S; K# B. V2007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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: p% F2 y4 E) C4 {9 @7 v1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。8 w7 M! f& h4 W, T( x' U0 \7 ^
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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。/ A8 ?$ I/ m% s
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AGI的测试:
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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。9 b: A4 Y ?1 W. c
0 g- i! L$ K) s0 s- W“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。" z9 x$ T7 N4 S4 I
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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。4 P7 Z6 M# e1 b' U' u5 I$ U6 L9 J
^# n# t/ B- e7 B' Z/ G6 h- v(2)时间:2007年6月15日0 P; k: {7 @/ z$ b
4 G9 e( `4 B. _1 f4 u# s3 kAGI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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) B9 u: ], ]+ V狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。5 o: w" [! Z/ o
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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。7 [/ n! v3 }7 j- A
* k! U- N$ F' ]1 r7 j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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3 p% S" Q8 K3 e$ @/ z' f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 c0 Q, ]# V- Y* l
4 ~" u" J8 N" F9 I/ R3 s“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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) N7 c$ d& {% I2 b2007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。6 l5 g# B, E) Q2 F& d
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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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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)。
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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。5 `! {- R8 u4 U5 {1 Q ~
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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。
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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。, Q; Y2 \1 e& L; c# N. R! I+ e
# f v- |" u1 K: e8 `- t2 JOrbitron卫星运行轨道计算软件
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/ w& J4 o3 e7 z2 @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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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。
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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。6 p' q! J2 g- D% f) K, _7 s/ {
4 B+ _, |/ [( W! e$ W" N, h1、Orbitron主要功能* l& C# l4 f/ x$ f7 H/ h& J. Q
' |2 U% g, e8 M(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;) Z6 _3 M" s4 j v: `
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(2)全屏显示及简报模式显示;3 ]4 q( k; @8 r/ `# d! g7 C6 v
) w. ?: F& k, ~" o0 \(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;
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(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;+ o& O$ [) W$ B1 W5 k
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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);3 C% I6 ?3 F. a
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(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;, ?9 T- }9 D6 {1 Q
# y# i- n4 N3 A5 I$ |) Q( l1 L; l(7)内置一个屏幕保护程序;* B0 P. e [. K- u" X
6 {& r5 b$ e Y: |! p1 n
2、Orbitron特性9 h/ Y. K: @$ x0 ]8 N, _( Y; B
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(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;
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0 W M( o* K. U+ J: I6 g/ ~(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- Z" @( @( e! E% Y6 r. r; g
7 l6 z3 _* f( r& U# d& ~+ W |(4)追踪太阳和月亮;9 ]: _. I8 y" ~- f N- j, W7 \
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(5)卫星轨道运行信息;
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/ O+ d$ H. N" k" ]: q(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;
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(9)支持多国语言;
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4 h& B8 f9 O0 ^(10)支持来自640*480的荧屏协议;$ u1 k- X* T- s$ m5 ~
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(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);
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7 Z. M# [2 E9 z7 |(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;1 `/ ]' H! P( I
) t. f7 e* b' e3 s4 G: x
(13)英特网TLE updater,经由HTTP;# m. _5 L% a- K
, P& |+ r7 h* X L(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。, H+ W5 W, P n$ N1 P
9 k% T3 [' X0 R8 k$ a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。2 g$ r# I! F: s1 k
; {3 I. f+ j8 Y* U" N( k( j% \6 g- s
3、Orbitron应用
# Q* k5 b, o+ I, ?0 m( A0 w% g' ~+ {/ Y" m |% u0 I+ N, H5 ]# o7 A# j. N
2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。
9 s; f# }6 o1 ~" i K+ R, F
+ l" ?9 M/ D3 s' ~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。- q. Z/ |5 x; W" ^8 d$ H8 y, l
5 Z0 A0 F# l0 [& W2 y$ r6 x3 a7 X
2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。" t" s4 [; ?' R) O
6 W7 J" O5 e1 D$ u
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。
' ~$ C- X0 g' v& R( S& B% z9 G( ]2 x- g/ s
(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。; F' Z3 s7 v! a, q2 X7 o
6 ]% `( B) d4 _
11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。 N, J1 {" p4 A5 m2 Q' d
& m$ q5 m/ j! |0 ]1 ~# Z
11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。7 O, r7 ^( X6 Z# u, r9 z
( [6 t6 A0 J' Y) r/ w# c
(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。- M( O$ K, q! V1 o
9 j" ~. |( I, d- D- b2 i11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。
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ODTK轨道仿真器4 A6 r2 c; X9 L2 q( H
6 _8 i9 F% T: X4 ]0 B2 I( D9 m9 G
ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。
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4 F! [& g- @3 XODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。
# B0 Y/ p" N" l e- | ]. x# _% B) D" k. H7 v$ R6 s
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 y* O+ _5 }+ z+ P* L
& P3 f; z: J4 P, g4 e# ?1、ODTK功能:- L9 t. c9 H& h9 t( F' _
$ O1 e/ X2 {! [) c/ ~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。
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ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。
. k. H0 M9 [- }2 v, N) [( C7 U" y
6 G. l# u+ L% a+ t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。
( k6 ?5 |! ^# ]& N, R/ G" ?1 p
& s* q3 H' u& X8 KODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。
. m N' E, P$ Y* _7 V7 m! r5 w2 I2 r/ W/ \/ C
2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:$ E8 R, ~% _3 S
, \2 p1 c% o0 b7 V' P6 l3 E卫星轨道的误差;
: n" c- z8 [: o4 z, y7 W0 K# X* K
6 K) u8 X; s9 G6 Q5 J3 D跟踪偏差和卫星位置;
3 t: f% q8 a" `7 L/ N. ^6 e
! l- `3 f/ H k' b1 T矫正卫星的校准参数;
4 u) b9 t0 k8 l6 X$ T; n: O) _+ j( c! N* L1 I6 V- S. c) ~
卫星运动的太空环境影响;
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全球定位测量卫星轨道和时间;" W6 V6 C6 |( S
5 N6 f2 `2 s" @! }8 p全球定位测量卫星监视时间;
0 u( K# H$ t% E6 T& t$ Z3 ^6 N1 h+ ^$ Y, ^
ODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。
! e6 S* A6 a ]% P# I5 O$ |" }1 E% {! k+ e2 x" x( d! m
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StarCalc星图% h8 l/ }! |) m! O2 ]
( g$ B0 }. L7 C1 Z* j1 ^StarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。
* S0 m. p1 e9 I' T5 K9 X6 D; ^* W' \2 q& M6 S$ U( b* v6 q
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。- p( k4 |. u1 j! W5 y! d3 Z+ \
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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。, k* C/ [ S, ?& i
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' M1 E- n5 @% W& W- e4 e& TStarCalc星图功能7 d% r2 C( _, s" y V, h
9 N# K" c F0 q3 C& q& k
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;' w1 H* ^) E3 O3 U- [' c
, ^6 U5 I7 B! k5 w2、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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5 r/ Y, b: P; t# K3、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;
* A+ T6 b! W2 B# G3 U4 I" `( _
+ i7 u7 v* [' u8 c: x/ d6 j4、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。( A& H! I7 T) M
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