卫星工具集分析软件
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3 a; r+ m3 @) ]+ ]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。
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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。8 r, \* X/ D& R0 X1 K
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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。' D0 \1 W! N8 N1 M
/ |9 I) O& n, M3 K9 ~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。
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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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! Y: @+ I; Q8 j& v2005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 M3 a; \6 o6 J' e- Y
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STK/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。1 U- K# W( i* j6 g7 P
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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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4 r4 Y% O6 b$ C2、STK/PRO主要功能
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1 Q, m9 E) S' _3 y N, }0 h# m% pSTK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。
) l* h* T9 u7 x# H- a. x- U% w& R) Y/ k3 l+ @3 d: p- W
(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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7 {: v/ k+ S. y6 Z5 C' v8 F(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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' a% V1 H/ G7 {0 F, ~(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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8 n! ?1 m- L7 c(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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) Q3 d2 H* }( X% a. Z) g+ k(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;
, w( }: S: {! F$ ~ l3 A: E5 P/ [# g8 j4 E' B& Z1 X
(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;$ |4 _! J5 k! W0 \2 M0 a
. L" t# ?0 E0 a1 y6 X5 W(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;0 T+ p3 V3 B3 h* e5 G8 B
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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。
: D, O& N' x7 L( G$ s- h0 ]7 F' s& |$ { \" z
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;
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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;
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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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u" Y0 l+ E5 |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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) `7 e$ n; O0 h) Q2 g( i(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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) I8 D4 o5 ?8 P- O8 L8 ~(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;4 Y. {1 i. O3 o( }# X
+ l; Y2 [" `" T( f
(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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6 I. ]3 W* R" D(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;
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# X- k- C& \8 h/ r. J W% k(6)区域目标:可定义N边形区域,用于地面区域链路计算;$ b, g8 D' y- `. v
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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;% J7 L, r9 a$ i* e7 ~& v2 w
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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;. F8 a. A3 F! Z; ^& a# w/ L" ^
9 l+ I. R( Y6 w. l; e% r( _( I(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。; B7 e i5 _- w6 u; R
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4、STK模块$ ?8 x& z6 q' y/ }8 v+ A2 r
% S! u% } `6 E. C2 K(1)基本模块。, @# |7 j5 m1 _" A8 s) } [+ j- R
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(2)分析模块。, }( j( g/ d: N9 H8 G8 \3 J \
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(3)综合数据模块。
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) q7 V. I0 p7 W7 S1 _, X$ |( A(4)扩展与接口。
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5 v7 F! A& O6 w3 g1 X1 \AGI卫星星历
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( e0 x* k- V, J8 L8 g1、AGI卫星星历& W+ I, q, m3 k8 ]* F
4 C9 G+ W& v: U& A4 UAGI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。( t4 O( g, [% s$ a0 u* z# V& t
1 J& E' c. r8 k4 [AGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。- @2 Y( x1 \) ~* C9 g( G
1 _ x+ l# J# z& L
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。! s* ^7 V- u, o4 ]! y# C6 R
- v4 t+ ^5 r, X( 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》。
4 a9 C5 s$ O, `% I7 h. t! g! o5 g) x9 x/ X4 e. `& \
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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: p; f8 b D5 W' dAGI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。7 d u' q1 D- ~7 D3 ~6 |. s
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2、AGI软件应用
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8 [8 p) l) k- m$ a2 HAGI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。& V$ ?$ P) f; x) v: _6 I( Z" M
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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。
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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。
1 F; a2 J. C, d# ~4 w/ Y
/ ]4 P) @5 u" V6 ZAGI的测试:
1 C" a' S9 w' d" [4 p: _ {9 y4 E% `3 @: c, K
(1)时间:2007年1月11日到1月12日。, f' I# c3 M& _1 I
% E1 H: S0 C0 `( }5 k7 K) P% Z5 t“风云”1C被攻击前5分钟的情况。& t4 |" G2 X7 s/ T, T2 r! y5 T
$ g) q, V: O* Y) Y& f- i5 R9 K“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。
- Q0 l' R) N# A8 {. G2 k2 K. l& u2 D
ASAT攻击前AGI文件的画面,五分钟后攻击,“风云”1C被攻击。
8 X. `( Q( f8 _% h6 K: \& s2 ? Z2 D( Q
(2)时间:2007年6月15日
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' j" c8 W. {- s# J3 `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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2 ?. i* B+ A) k, n+ G3 `4 U |狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。
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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。/ ?& f6 r/ c0 ]: t. B7 ^
6 k7 b8 b6 Z$ Q2 N0 {3 T$ [- ^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。
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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。
6 t8 r* W$ G2 w# ]' o7 K- X% e ^* m2 E( T& R) u: d
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。1 f/ a: }: z- Z! F; v& S
- p9 K% W& j8 u& o! Q& x8 wNORAD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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! b) m# P+ j$ x# O5 h$ YNORAD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)。
( O5 S6 m7 C9 m5 e, _9 p) I$ ?8 W& x! t i4 [- ^
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。! |" j6 ^" B; q" c
9 A& g6 z& h& }- w% r# O
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。' U% o, T8 Y: \
3 N" I3 ] X& g5 V% f! E
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。
3 t; m3 |1 {1 ?+ f; `. B1 d+ p$ h& O
Orbitron卫星运行轨道计算软件 J9 \1 k. y7 m+ M6 A9 |
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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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# I* Y2 c6 O! f" _! [/ HOrbitron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。! C$ ]3 U" O* C# x: {
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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。
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1、Orbitron主要功能
, c3 \. p. v. v+ n1 b- f
) g- N' H9 d1 ]1 \- {4 G(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;0 H7 _# R: C$ z% R) E7 X
- ]2 a1 e, O; u. N4 O(2)全屏显示及简报模式显示;
( A1 K. p; O5 X5 V8 i
, S0 k* K3 [2 r" T3 o5 _(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;
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& }% R8 R. Q. G! \(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;
" _9 J8 @& ^1 q% y
: u. N( a4 x H& ?6 B3 d6 R: l(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);
, g) J: j" W( D, f
. O% L$ @- w8 j+ n/ _(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;# q. |5 p% P% x! ` K- h6 V
- _" V6 e. Q8 e" g' g
(7)内置一个屏幕保护程序;- {' o# p, U( o0 y
2 x$ A9 n/ l( O4 f7 @4 ?; H3 E
2、Orbitron特性2 B: \+ E5 l" g3 \ Q; x, x* y
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(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;1 Z- ^+ m7 h a4 {6 P
* N& j0 G- R2 P. i- A4 |(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;$ N. j9 R Q. Z7 G+ M1 B) E
; S+ g7 l" C' Q5 e(3)能同时追踪全部卫星;6 ^4 J* X* x; g/ c: L
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(4)追踪太阳和月亮;
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(5)卫星轨道运行信息;
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(6)全球城市数据库;
( Y7 q1 z& V; q, P0 k7 p$ c! _) |7 C1 P
(7)卫星频率数据库;
% D5 Q! `' P7 \! u% u4 ?* n; o, q8 g2 h W2 E% Q E; w X
(8)雷达扫描卫星;
3 g! M7 L9 O6 `( o$ W4 O5 _ x0 k6 J% Z
(9)支持多国语言;
$ D/ u! d$ ^+ S X. ^2 j( z
% a3 P" n& j1 z7 Y, L: E+ c, I(10)支持来自640*480的荧屏协议;
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(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);5 P3 p5 w, H0 _/ P" X& B$ p3 C7 T* X
7 A8 t! A, i0 \(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;7 B" K. ]; B, \3 D7 D
/ o& ~& n$ G4 H/ N4 e1 p% M& z7 t(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
! M$ f, y. t; _, H
# ~$ I; _: s& Z) S- c(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。( W8 H: W; z- Y' o; o5 o) S- O8 X
0 C4 ?) O1 N$ l5 z: ^* I5 \ C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。. {' T& h7 S3 a
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3、Orbitron应用4 E8 l8 k+ \9 l
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2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。
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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。
! Y- z( J7 ?0 @; [* y1 T4 w9 ], l9 M
" ~) R8 @! n$ t7 p2 K- Z7 t% \2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。
) q0 q8 V4 h5 D& o. S) V/ s
5 g, }( A' C2 x) O2 x! E2006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。& `9 x( k( b/ D5 M# }4 s3 N/ [$ T
" x% f, {! R+ i2 D(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。
y+ }/ M: r2 O. u) C5 R
0 Q& l' V. \# Z8 _ p6 w7 X$ `11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。
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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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(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。3 t& q; g6 H3 j/ h# H2 R
7 P( e; t5 A0 ^) 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。7 b# V& u3 c4 C! ^8 R1 S u/ G
) {3 `: k8 H Y8 C: x) j+ |; H/ DODTK轨道仿真器4 F6 D* }* Y+ _+ c' Y
9 u1 \4 p, V8 X4 x3 o3 p; w
ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。- t: m8 H# }& J; g
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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。$ ^0 m! G. I0 _& M- Q& g9 H Q
2 D& A9 }, m, ]: {+ |1 ?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:
9 f3 o T9 y* e- p* F8 h1 r1 x4 }0 k' p1 a 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。
3 n- y$ F Q( W' ]- }! n. f
; }+ i+ _6 ?1 u) n) tODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。6 X+ a8 ^0 W7 D7 u
! P8 J+ _3 L7 S2 Y
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。
M3 o3 i( X. l8 m/ o
' _$ n9 P" e0 K! hODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。
$ N$ x+ I" Y; ]# F. d' I6 k7 u$ l
2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:+ D# i$ p7 i, b4 h/ }1 F
6 J* {) b- B/ {0 J* s$ U# ]卫星轨道的误差;
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跟踪偏差和卫星位置;- m4 _8 N0 p0 U3 S0 Q
- A/ \# R) I, |6 t2 R矫正卫星的校准参数;
p. I7 u' g3 H5 d- O# \2 y% C2 Y; l. ~$ I5 N8 J, M
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;, W! ?) X& B! p6 r
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全球定位测量卫星监视时间;
! b- V/ m% U% n% }7 b
, p! B, l3 G- C5 G# x& z' x( wODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。
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StarCalc星图( |0 b3 _ P: R9 M) Q, t6 X
3 |8 L1 ^1 X5 n$ M) t; H; W( H: S4 H
StarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。- `' Y6 l1 w# U3 b
' {6 l3 k# Z& e0 |+ H! e1 J
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。8 n! s" R4 s4 k/ c. E
# y6 T4 [. L2 ]2 {0 X1 {
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。
& t: a" }, S# S% U; j6 {3 h8 A
* Q3 f( R, l1 |& c1 Q& _! c! ]
8 ~8 Z! k/ @1 p/ M! F
* ~! j5 ~0 o% V* o" }( I. Z7 DStarCalc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;% r# ?1 C/ h G3 c" e" r
; @" H" u6 H0 ~
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;" n- N: X, q1 D2 @
7 ~, g& A) Y" P7 D; {" S# B$ y3、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;5 h8 `9 t' m9 P$ z
+ p9 {- c$ j* T4、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;4 H7 R) a2 v* K" Z* G$ C
4 ?- Q) ~/ o/ o
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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