卫星工具集分析软件8 P8 h6 l+ k) t( ]# L. ]4 j
e, S# v! p7 X1、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。
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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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; m" H U7 H9 ]% r0 N2 G# m7 t0 YSTK的功能是产生位置和姿态数据、获取时间、遥感器覆盖分析。0 R' K8 p8 K: g: r: Z1 z
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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。( D& l8 R9 O9 U8 v
' z- |$ A B6 ^7 Q- ]0 [" h0 GSTK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。# b4 g+ U& G* M- q
* J( I) S0 S) @' X7 Z2005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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& Q! C" `6 D p y" g, USTK/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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/ ~$ ]$ }: R7 L+ c- _% w' NSTK/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( Z* H' r6 h& e
2 t ^+ {5 q1 w5 aSTK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。& i' |5 z) I% m% o- F: n, `- x
2 T: f' m0 I( O+ `; `( }2 @(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;
& I9 y. y3 u! h; |, t+ V5 C+ J4 B1 l- C) \& F! a6 T4 E, x
(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;7 M/ x8 F" V" z; u
5 F: |" c# d7 X! e
(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;$ b8 ]2 f6 b t4 _# r
: L$ n5 n" s( l) @/ n- [(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;& T* }- ^8 P, a( Z2 `2 \
( Y+ N7 \! g7 c6 b' u) r(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;: X# W( v; F% l6 v
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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;" c% Y5 D' C# |3 l L' }
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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;$ N! f. V- |; b$ U7 b( z0 {4 L
+ p4 D; U W: i7 Q$ p8 J0 W(9)图像保存:可将图像结果保存为BMP位图或AVI动画;; S+ Q- c; q, l" n9 R. F
- J% [- a( Y/ x(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。- F, G# m7 n- X/ f! |, ]& M3 {
) u# z# V2 z, F) m& {9 m/ d' ^1 h3、STK/PRO特性* r! g5 }7 ]2 r) {" Y3 S
2 s. Q5 y T e* S! _& y(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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/ J3 J2 w0 D v(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;
& J' O1 t2 P) m1 ~ x1 q X9 |' I5 G$ 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;
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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;1 ~# }9 J _! z0 S
% }8 f1 D9 ~# m0 t1 Y$ e(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;" n9 u' [/ q& \+ d* Z
" C, w, g4 h* p9 Z(6)区域目标:可定义N边形区域,用于地面区域链路计算;
- E3 i: N: i8 ]0 K& F
; T5 C1 f: m9 l; x. ~(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;* [" g6 x# K$ c( J
2 f5 b' T! W' ^% H- T; H8 P1 j
(8)姿态仿真和指向:定义飞行器姿态,包括19种姿态定义;5 v5 Y6 I) r! ^& Z5 A0 {
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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。" z0 H8 M& m3 P. F
6 }& H! i: k7 e& M# S+ U3 k4、STK模块
; @" \$ G; o6 K( u) I
! K& Q2 L' Q& ]2 |* c7 w# W! z(1)基本模块。
9 C( g1 s% }( m" q" r
/ |% {7 b9 K( X# D8 j(2)分析模块。
6 f3 [3 y. {& K: O8 f2 V' U' E
2 m# w: b, ^: v: J1 d(3)综合数据模块。
0 g. K" l0 z* B0 Q# i, g3 \
* {- X# b+ G- p(4)扩展与接口。
0 u% Z! C. t; h+ [ V" N) K- b: k5 M" s
8 o1 ]: J* y9 Q( M$ w. ^2 @; U: @- ]
AGI卫星星历1 z4 x& M$ f( f' f2 F* o
* `# n+ f0 i; F1 l5 b$ @7 z
1、AGI卫星星历
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5 |1 N; t* E+ ]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。% `, I B E" l" j8 z. A
+ E( w- Q) m+ @, O; u
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。: {6 K' W7 `9 ?
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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。
- e1 H) G- E! A" o/ A% p% V
4 N- Z* Z7 \ S+ h, J! E/ U) HAGI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% E( Z! J# H2、AGI软件应用( v# K/ F. C& e" ?/ H0 K
# f7 q* U; ?( e% e2 i, Z6 ~AGI软件应用举例,从技术的角度对AGI软件会有很好的了解。
! H) g0 G' [$ n* }9 V
& d; e0 G* f- P& Y! L2007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。" V+ p& G5 o0 w- z) ~. H3 q; h% j
+ f5 N+ G% ]& B/ @; F: x1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。; W3 q8 F }+ K: h' w& \
6 \' T$ I9 I2 _: m% Z
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。 q4 b7 c- j& F8 C& N* i5 I
* B( @* A8 q7 CAGI的测试:1 a4 y: L) p) K3 G# R: y
5 M& ~. g9 O% I3 U5 R8 S, s(1)时间:2007年1月11日到1月12日。
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( r/ z1 `6 C/ \! K1 o% X& u“风云”1C被攻击前5分钟的情况。
6 `7 d" m4 z# P
6 D7 x4 ]: ~6 q, O: q9 Z. B“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。) _0 y! i2 B( @/ S! J/ F) m! Y/ [
7 l' [) Q. q. ^5 ~/ \" f: F
ASAT攻击前AGI文件的画面,五分钟后攻击,“风云”1C被攻击。! o2 M- W3 P; V' }1 W
8 L6 ?. Q" _) D% _/ r(2)时间:2007年6月15日+ M: R6 v; d* T+ g l- _
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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。
, o; E+ a2 d2 I
7 V6 R/ m* o/ r& H1 `' S& n狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。
1 G( J+ i/ \, n {4 a
) N8 s: x; o/ x1 c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。! D6 J8 {2 V( Q5 `
/ o" F: E+ R' x/ N9 b7 d% ]+ 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。
& d3 l( o: o5 t8 c- D1 Y
, {" s# J9 U. g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。" x- I( J8 G/ Q) d/ l; I
7 d, d+ w7 D2 ^2 t: u9 [- x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。
$ T5 _7 z5 m; D: z0 j8 \/ M C% S$ y" r6 z& {5 \
“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。
P9 w0 T; `8 N4 d. b
% p4 h8 f) I+ ]! o2007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。
9 e, d6 `) A: E- w
; S6 q5 t; X. V3 {* N$ T9 ~NORAD跟踪系统' w7 `* g- }- s6 B t7 t
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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。* w- I" i0 ~* a3 O
! z0 Q& c g' i F4 q: aNORAD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)。
$ g6 b1 \4 m# `: f( i S( M* }6 i2 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。# e% P5 x z5 f& q/ y' b% N
, V8 v) w1 I! l2 v1996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。
: v0 M& Q! \' f3 [0 i1 q0 P" U" a! @- q5 O% H
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。; b5 H/ V) H! Z; L' x! v
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Orbitron卫星运行轨道计算软件) O+ o7 g8 c( X6 r6 ^0 e7 D0 _5 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。& r8 c }% Q% x9 B& n0 h0 X
! o3 d9 q, g. l, n0 A3 iOrbitron由波兰年轻卫星专家塞巴斯蒂昂·斯托福(Sebastian Stoff)研究发明。
; n. B/ y! _. {, @! y
4 V- j# F4 H8 j! iOrbitron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。
* l, e: S8 v3 G$ P* @( o
& h- [' t! t; q6 A- [7 l& i6 MOrbitron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。 [0 `: w1 y, @4 H5 o
; S4 J1 @5 C4 K" v1 @0 w
1、Orbitron主要功能
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/ E/ B& A3 e X# i4 K(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;
. E7 @7 x1 G4 ^+ N' e4 A
; W" c. j6 m; I$ _5 S(2)全屏显示及简报模式显示;
5 I; [( {- d7 j, h$ B# m+ t& N6 w- G- `- _# [: S
(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;
. g$ E+ x. P" N' x- ~& P4 e- A8 H7 U4 t5 H \' Z' @1 t) d. Y
(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;% `2 y) M' G% P3 O: a
, r) q9 v, e- |' l: B5 u z
(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);
; r- T! C' S' x6 d2 [+ r0 O
$ Q% _( l& B! |* x' J2 y(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;' F L5 ^7 h4 a" T5 h
4 ?4 P! s* `; j& W7 ~, M/ O(7)内置一个屏幕保护程序;8 Z: ^# s' M) \( \
. Q% V( M+ _" w2、Orbitron特性* k% S3 n4 P; r, {5 B* v
6 F8 r8 Z* p- h: W" q* Z6 x(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;3 i' _- z7 i3 x; ^
4 l* f! J% c0 r& E
(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;2 T3 E }, u( c3 X, h# ^$ u
# m- o( p7 r" q6 _8 Y6 B* z9 G
(3)能同时追踪全部卫星;
( q, N3 h8 R, t# q- e! U% D' V9 ?& i1 ] i# x; S
(4)追踪太阳和月亮;! l8 M. ^8 Q" Y3 b( C3 R
5 X, R4 b; R, D. V% Q( V# S
(5)卫星轨道运行信息;
, t7 H. M7 Z6 S7 d2 N4 U8 c% X5 I4 m
(6)全球城市数据库;
# R' a) f' ~9 L p, ?" l) n" H; b D; n& [0 N9 a, U! Q
(7)卫星频率数据库;
( q/ N' G. v& f2 B( a
7 X$ v1 A& n5 o7 \0 R+ [(8)雷达扫描卫星;
( c+ }8 g! ?* e: O+ N( S3 W2 X
, ?7 Z$ |/ e2 ~* w(9)支持多国语言;
) j* ?$ Q% D6 ~
. X0 Z) B u" F* ^/ _5 r(10)支持来自640*480的荧屏协议;7 B3 p" w, \5 n$ t+ v, r
0 H3 Y# d% H/ T- }2 S(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);
# Q" ?# W, I& B' q2 s" x- R6 `: k, l$ m5 M( h
(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;5 H; d* Y; J* ^% T
# u$ f- t3 E* O4 @$ D7 ?
(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
4 }; z, J2 h+ X9 n) c4 a4 D
2 D! [" ? m% S. E, {9 b u(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。
5 Q/ E4 G% P2 o0 e$ Z. H7 D1 F
7 Z% {9 N, l& Z) i3 v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。5 K; _% X) D8 ?7 J% W V
) r( p8 p/ d9 ?+ I2 M$ e. P
3、Orbitron应用
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5 A% S1 O3 C$ q+ _2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。
) m/ _ A! Z/ _- B3 i
6 s6 o- [( f |+ \$ \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。# }$ k7 i9 L* x0 x: d2 c- a
6 @) i; Z! b7 V4 j2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。
7 Y" P* {$ b j7 d+ n U
- K% c5 v$ g+ Q7 d+ l5 S5 o0 p2006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 w! y+ z% C( i- f
0 U3 ?# _2 f$ C/ o(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 F) j2 t& f3 D) G- B" T3 T4 a
! U( U) a0 V4 G3 L b11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。! [8 [: Q: c: r; `' `
9 A0 D" U4 d& F. P; M11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。1 U8 {4 }! ], h$ @8 m" P. }1 g ?
& _% E/ E8 G; \- M: p(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。
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11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。
! ? Z6 `0 H+ m# K; k- w0 ]& T. N* a: v* G1 S0 L+ a
ODTK轨道仿真器/ v5 w9 I& k1 N6 E7 a9 J7 p
! H/ |! L/ O; HODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。9 r2 P- f# @- R4 q4 q
8 j: M8 s; R' c2 l' h8 d
ODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。
9 [$ M) B0 {. D7 I1 }# Q$ L% r3 |, A0 h7 I
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。
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1、ODTK功能:
( G" `4 }+ X# L6 P; i& y6 c
, U, ~! f# W9 y2 J& O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。& s( y5 [8 i9 l n. i
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ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。
. A1 o3 o1 v& {5 y9 ^; e3 O6 Z( R% w/ z( p3 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。
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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。3 G8 J& j0 q7 s
5 u" _$ T8 W1 ]3 p9 r% f$ r2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:
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卫星轨道的误差;
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/ x' W; S3 J4 a! k3 K跟踪偏差和卫星位置;
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矫正卫星的校准参数; X$ n u. ]8 D
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卫星运动的太空环境影响;- w* M# m7 m6 m2 n% q
( F1 J' \6 ?- U+ o6 X' {2 D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;: v7 N" ~/ i( i' _/ B6 L$ ~6 U
+ H& f& Z. ~. v+ A0 C! T6 jODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。2 V) s/ G& {6 D( X2 U
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4 l& P$ y9 h H5 v: {, G0 Z: c) z6 ?6 }3 {5 O8 F \
StarCalc星图
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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。- o6 W/ s6 h, {9 c. v! o$ p
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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。" H* i; K( o$ O+ |0 j7 Y+ T
/ s+ V' B- P! ]: U3 Y; `, @# qStarCalc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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& x( D1 k# g% S7 qStarCalc星图功能
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1 V8 ^; L# j1 S6 \( e1、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;5 I: M( Z3 w7 c/ q9 M- W- a
! D% K, `7 t( p+ }( S, |' ]$ E
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;8 B! s- X, Q* U4 l
0 V. Z! A7 h* m5、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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