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。
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- }7 @' U$ B' i8 N+ I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。. L. K6 S; G, [. s7 {
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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 }, y) s# S6 ]- k7 `
+ Q7 |6 k2 f# E1 } I; ~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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8 b* C/ z# U* y: tSTK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。0 z! d' Z. n9 e6 t" t# h" o2 y
& l( N3 J! `: L8 O2005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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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。% F/ D& e9 D& E6 l+ W* S C0 m- E' g
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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。# N5 x/ F+ h1 b3 o% }5 u
- s( N, Z' \; ?9 n2、STK/PRO主要功能" o; F# ^- u/ @7 K! j( {. v$ a B
% [) @) Q; ^( s- [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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4 q6 a& i6 o& W% P/ u- F(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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, m3 v. I# f3 t, N(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;
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, O: F: X3 L0 g* t0 C) x(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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" Z/ f, `# e( n; [" e' b- e: n(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;% K2 a' i n9 I+ H, h+ V
( y- D0 r6 {2 Y3 n1 |9 I, }
(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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' ? _ x5 R/ s) O# p( Z/ _2 n, d(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;2 }7 @- B' L9 w6 b2 q
' b/ x6 }; h" ?. a! ?(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。2 ]8 F$ a) I- Y- w q1 \4 F
" ]" o' |) ^6 {" SSTK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。' b" M/ m; g' K5 v
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3、STK/PRO特性
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3 F! [! E: a5 X8 \ a(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;/ V2 `- p+ [9 ]/ Q) W: N i% g- I
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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;
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(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;% l3 f# H9 L- k( S% G, j' D
" U9 K! j" ?5 s3 l( @$ m(4)长期轨道预报(LOP):精确预报数月或数年的卫星轨道;
) C9 z N5 g( G1 O% u1 ~8 V; }, p2 `; f, K8 \4 K
(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;
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; _) k+ A5 A; o& F& y# A/ R$ P, V(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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(8)姿态仿真和指向:定义飞行器姿态,包括19种姿态定义;* e* V. y9 r% [! |) M: F
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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。 @- X+ Q- P2 c0 I3 o
% l$ ~5 o* J: Z. @) o% T* ^4、STK模块6 z1 q4 H4 S @' a, c) k8 o+ l$ b
- N/ _% }. Z$ G% Y$ V4 w(1)基本模块。
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(2)分析模块。
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(3)综合数据模块。
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(4)扩展与接口。9 b/ ]) f3 X* o1 y: l% @" K% |; @
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AGI卫星星历9 X1 ?( d, V# g) l. A( _/ {
$ w: O9 a. V/ F$ b0 P) l6 j+ L1、AGI卫星星历) d- H$ I8 w- j1 }; N' J
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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。
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) p" i5 S# I6 sAGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。
, A. T& t# J: b, L5 T
& ?. D! y2 J4 L# e% _5 q; U* 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。
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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》。7 b# a' c4 ?2 c7 D: D: a, |
3 \" t5 V/ p x- v4 [3 u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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' M( P3 E* r" Z$ VAGI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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6 r3 N0 m9 X: H3 S9 D# p. Y2、AGI软件应用
( B5 `" g8 \& @, _( B; H* _' n. a
AGI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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5 _8 M+ s3 r6 V/ H( |: ^4 R" T2007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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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。5 c4 v* V- \' x3 W
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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。" n4 V! D- Z& f8 k' H
! B2 l% L/ U2 {“风云”1C被攻击前5分钟的情况。
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“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。
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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。
3 c/ C+ T) w* l5 e8 y4 I* z- ~' H* {9 X. h9 }1 |5 [) i4 A% z+ z' R7 H
(2)时间:2007年6月15日6 |" O% ?& m4 y
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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。5 ]( ? ^/ G# e7 X# J
9 X* R4 B9 p" }6 o( n! Y狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。
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- n! u: J& g1 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。0 g5 D" _+ l# C3 ?% V3 K6 Q4 ]
6 p' R( m# | p# g+ GSATCAT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。
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5 n& H% w6 Q- ]- W* u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。9 q3 r8 r) o4 P8 G" e! Z3 V- b1 l
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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。1 }, Z, n. Y8 x' b8 |/ p% o. D
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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。
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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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# H! ]# \1 P h$ M" mNORAD跟踪系统
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9 d$ a0 K- b8 A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。5 S' f$ ?9 S% l& T" ^5 P* [
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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)。- Q ~- W% Z; ^/ G7 n3 u( K% T( _$ Y7 Y
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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。* T. t9 }# F' c8 g, Z# L+ g2 p
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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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' b4 P6 @, o) ]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。! B; ]9 D8 z1 t: [$ g0 L6 g& j
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Orbitron卫星运行轨道计算软件0 R3 _( ]" v' }8 F% \8 p
) P/ g+ j6 D: f# a$ I- U4 ?) F- BOrbitron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。
7 H( F* h) b, Y7 t p' U
$ ^% W R: s5 x( \! [; XOrbitron由波兰年轻卫星专家塞巴斯蒂昂·斯托福(Sebastian Stoff)研究发明。
# r+ n% e& _6 H# B0 H) w. ~ A% Y2 l
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。$ q: t' ^" n0 T+ D/ e7 r: ?( C
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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。+ f* Q# K# y9 J: F9 Z$ \
( V, F) o6 O) H, Z/ [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;
2 F+ u; L! \0 ^1 {
/ |$ v# Z! ]- ~4 u) y3 u& ` j8 T(2)全屏显示及简报模式显示;2 N7 r( ?0 g. J0 f+ n: q) i
6 S j* U. S' e; N6 w(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻; e9 w1 h. d' P( g
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(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;
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. p6 D3 o# R1 Z(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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* y( ^6 W( f/ O8 w7 ^1 [, A8 i c(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;) U3 i; M* b; b$ f" K) w% H0 t
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(7)内置一个屏幕保护程序;
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2、Orbitron特性& _& N- M7 [! f' F! b! b& q/ v
1 M! U. W" x0 s1 B9 t( r(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;
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9 J' N0 }3 t8 }6 q. h9 S(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;* r7 V. K8 o+ W
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(3)能同时追踪全部卫星;
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(4)追踪太阳和月亮;
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8 J# {& u. D, @(5)卫星轨道运行信息;
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! _- @2 B& \4 a! s8 H5 {(6)全球城市数据库;/ n9 m e# x* a: w' l$ B
* d/ q& L; U' A% |" t(7)卫星频率数据库;
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(8)雷达扫描卫星;, v4 |, k+ }/ V% K
# a. r# p; T& _2 H4 i! x, h
(9)支持多国语言;0 `, M# w1 o( w! L
9 P0 I+ A6 E4 V$ F
(10)支持来自640*480的荧屏协议;4 f" X$ ]3 B# }. `* m: L
& i* R# |4 a( m/ h
(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);2 V& T# W$ t8 j b' _4 ~& q; f
+ |+ `7 w0 c3 }(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;, q* q: R; F' a7 V$ |7 d. Y2 N
; _$ L7 |7 k2 o(13)英特网TLE updater,经由HTTP;' }4 t4 F8 a$ G* S! t$ ]$ X1 \
4 ?/ T9 F z) `4 ?5 X
(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。/ |1 y5 X! Y2 H, {
1 v2 ]4 a& Y0 n$ {; J& C1 ^4 S
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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3 Z+ @* y5 b) U' x2 M1 y( _1 A' h2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。! B9 ]5 `0 S/ K8 L* Y8 L/ d# b
; O* s8 E8 `; A4 O* L0 ^3 ]
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。
' k: L K( `+ A0 j+ f1 K
3 g5 \; g; v; Q3 }# E* g4 v2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。
( H2 p' [4 A" b* L% p; Z' S2 S% F- O% U; S' s& ~+ i# K
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; I/ I8 r
$ D. {9 U# J3 f x- Y(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。
: U( T$ _0 U/ r
. a! W( y/ l3 t9 ]- G* H, q11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。
0 ]; O0 I! K5 x% m5 y! x1 n# \: q8 i( ^ p# D1 q
11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。* |; `! |3 |; t
5 ~. C& Q* N. b! o( c/ [
(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。
' M* z& T& k6 a. r) u6 e' v8 K8 N' Q
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。
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ODTK轨道仿真器7 ]6 w) ^& M* g6 J- a
+ }0 B) c: y# ~- E+ _1 u0 h y) u
ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。
9 h/ l) W' n, J. X' Z6 m5 n9 I, @- l: ^7 ^. r$ [3 m, }& S; ?
ODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。8 l. s& C) g# L# n6 I1 m3 f, K
3 h* }6 f( t, }8 Z, D! k' l tODTK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。/ X# p# F3 L* P1 ^( p
4 Q$ v7 t+ r9 Z! ^$ p. f W0 {! _
1、ODTK功能:
_2 c/ y0 U& D7 f; w9 M
( k* @% G( L A& [8 ?6 i$ D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。
3 r, P9 b& L: `3 ~4 [5 @
/ I4 L% I1 V+ U% z3 Z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。" F. C( I0 K8 Z- D) \: A; J% @; j
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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。
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! B0 M( X/ }' h! ]% T5 c% K2、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;! J2 C6 i$ a& G. E
3 g3 P( \* c( M1 I( ]; W& q跟踪偏差和卫星位置;* J2 s$ z, [2 a: q% A1 _4 }$ ?# r
% _. ?5 u$ V, {' D2 S3 c矫正卫星的校准参数;
' N0 P' |- r/ x9 Y; Z% Z# S' z" g7 D+ }7 O
卫星运动的太空环境影响;
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. q$ E& R& w. n' D; ^全球定位测量卫星轨道和时间;( S8 g6 y9 \9 i4 T6 c- l
+ R2 e2 N. o) J' X7 D2 b# ~' e全球定位测量卫星监视时间;
: ~' j" s( H' I
; p& q9 l' k% X8 m0 _' R1 vODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。
$ j4 A& W% E; p' i; M4 V) c" [
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StarCalc星图
9 T% J' O9 K+ R) f
2 t# s. ~( Z1 {' lStarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。& {& @1 H& S9 h+ t( ~- }
1 s2 s6 C5 K2 T+ n; b7 ^6 WStarCalc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. i+ Z5 ^ i( s, X
4 D5 T: L7 L/ X3 G/ [' GStarCalc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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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;9 T$ \' i+ c9 Z
7 P, d. ?: j2 z2 l$ q& B* I2、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;" ?6 Z9 z* ~8 {" n) [7 i, t
5 e# Y9 ]# S4 j% F) M7 i1 X/ f% Y$ l, v3、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;% R+ S C" t6 @9 R# @
1 t( a7 m J+ G6 F2 p6 v, |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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6 }7 l6 b5 H. s' h5、数据精确:StarCalc专用的SAO和Tycho2星表的数据下载,能精确计算。! H' R8 I7 o7 ~4 L) A8 N/ J3 m" L5 l+ |
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