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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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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1 {, V9 A. x! G8 Y- o( v: ` J. lSTK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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2 M$ \4 L3 D$ R( |+ }/ O" _/ K. fSTK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。( z/ s, S9 K2 m, u; ?
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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。1 J, {) o" e! J0 I" G! M% T& u
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2005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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3 M) ~8 T1 l( k+ |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。
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) M0 `4 r; O" |) ?1 ?0 S2 _* t; U5 uSTK/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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& N) H9 L- @- V: s7 i$ n; G2、STK/PRO主要功能
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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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& \# y9 G9 _* N% 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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' Z, q' o6 ^% c$ H" B2 j) f6 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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! {5 W! a5 R7 f* E" a' E$ d( o(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;9 P a9 l2 p7 @2 ^* t
, k M% K: }8 f+ M' g(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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% q) g2 y; D2 O+ t3 }$ k( ~(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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1 b- O$ t1 \" @! e0 s) \(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;9 L8 l: O6 V% h$ v+ e
. {0 s; V" R0 j) C(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。3 n; }2 P- S' z) K) I1 m( _! w* J
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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;
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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;& y. u4 p, x+ C$ `) z5 y6 Q
) f, t' ^5 g% |8 a' s, d. D(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。2 w# F9 F( w9 p: } G+ ^2 g. [
- J2 f+ T/ `3 k c6 g9 q3、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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(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;' |( [9 f) s3 d3 n8 m
' a4 m3 U6 a& h, a(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;8 e2 F |$ k9 }5 C
0 i/ s9 n; L. P7 \' ~8 w(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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~ I1 ^ z' h2 {8 y(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;3 s5 w% Y ?5 Q" q, t0 }8 P
' e6 I& J D9 W& e: O9 _(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;; q5 w# W, E' t( P
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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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( }! m: s" J6 h(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
8 G, |3 M- z. {& m' S! g" @
9 m/ o; L$ O/ l(1)基本模块。
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(2)分析模块。
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, h r4 N; e9 c9 r: b% y8 t(3)综合数据模块。
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/ d8 P% r, m$ ~) l(4)扩展与接口。) E9 {# N x* }* k
0 p8 J {- c. j9 H/ E% u0 C' g% {- s# e# ]
) n0 R: h. ^0 I# @0 K- S$ zAGI卫星星历
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1、AGI卫星星历
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9 h( F8 r" e( c0 K4 jAGI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。+ ?9 X: P2 ~0 \8 V8 d1 P
: ~/ S* B) j$ \2 H& [5 y8 \AGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。
8 z+ G+ X) i7 |) L F. U6 r
. j+ D _, N( K9 _1 V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。, R5 B6 p. t0 J1 M* k6 l# A& R% @
1 u( X5 V `% s$ U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》。6 M; A x. \8 s: M
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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。( d6 m- M' M" V) K; A
; {5 G+ z7 s$ }! J$ w$ F' N" g
AGI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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2、AGI软件应用5 B5 z" |& T# ~! }; N' F5 z( x; n: Y1 p
( P( ?! K$ D1 f3 U& H9 j9 K7 z4 J1 IAGI软件应用举例,从技术的角度对AGI软件会有很好的了解。/ B- }8 g, [3 v8 y% M' w
! z: K3 Q& l8 l# s8 i% n* B2007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。$ V6 t" L# w$ W' x7 Z) Z# V
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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。/ X* N/ L( p% S/ a: [
, w( |( Z2 G* E0 Z# S; p% Z, r7 IAGI的测试:9 d9 g, Y% B+ u7 d8 R7 @
9 L/ |5 i' E% z5 I7 ](1)时间:2007年1月11日到1月12日。
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# u& H! w$ r4 z4 O0 Q" N“风云”1C被攻击前5分钟的情况。
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" E: ]% i) s9 V7 }7 ^“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。, F2 }2 U" X# [9 o" C r
# Z* U5 [; y5 [+ n* E# ^+ I( lASAT攻击前AGI文件的画面,五分钟后攻击,“风云”1C被攻击。
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4 \9 n4 J. \5 ]" N) ?(2)时间:2007年6月15日: z, A+ I4 g1 _: A
) u3 M, l, f. j& X4 j- \
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。# w3 q. t/ m! _ b1 H4 [. R8 s
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狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。4 N, S( k" [' m8 g8 d! ~3 T- e) v
2 E7 T+ e% d- X4 w5 k4 N2 [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。& i9 t' e8 |8 K4 B/ z
* ]7 d1 ^' B) W6 D% `9 ?6 i9 t& E- RSATCAT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。/ g, k) a. Q& _! a& |! h
( u" s3 q& t& A* h* E
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。4 A% u# k2 L0 r9 K. a! |; u
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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。
# F+ Y) m' N$ V" T* w9 ?" d$ o) z
' k$ j; t, W+ M5 @# p0 h2007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。4 r F" ~; v: y6 N- }
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NORAD跟踪系统* D1 X* B: U7 w; A& i L% ~
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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)。7 q9 V; x5 _* x6 `" S% P3 v8 g% i
/ m9 |6 ~6 U5 t. A, B8 r8 M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。# C1 Z$ n. m% Z/ `2 o# f1 s
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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。3 N+ o6 w5 M' Z( \. {) `* U" R5 `
1 C: ~. z6 J- y9 e- [, ?- I6 ANORAD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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Orbitron卫星运行轨道计算软件
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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。, r' ~' ]3 h* m7 K/ U, o. j' n
- ^, k- ?2 C4 y0 p6 g7 P/ c7 ZOrbitron由波兰年轻卫星专家塞巴斯蒂昂·斯托福(Sebastian Stoff)研究发明。* o: L/ i1 u. l
5 J( w! o; Y. ^( S! b }
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。9 l3 I, V4 l0 L% k5 M. D
~5 v. k* P- r/ V. j5 X0 j$ V! ZOrbitron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。# z$ z2 Z C' M \* b0 P
; F! I0 s& K- l0 {% E4 w
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;, \- F( [1 J3 p) E% A8 u
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(2)全屏显示及简报模式显示;( f# `# w& w' X+ g/ _
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(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;
5 m7 a, e7 m( y v1 @% H0 `% s) ~0 Z7 W) P4 F# ~* W. j9 d) @
(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);
7 d5 F" g% Q! i0 m4 j" ^6 ~
& r: r- m4 {' d% r9 i, K(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;' f5 c- ~4 l, Q8 a0 h1 E/ [, j
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2、Orbitron特性: S# A. D* B/ t* c" T6 F. k
" ?8 @7 X2 Q7 E5 d8 a- X% v' A/ I(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;
9 i) \9 l- D3 i" P' [5 ]
5 H9 s0 B4 O4 \; ^(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;
: U7 n- t9 O) e9 b" M, X
) N& \; J: u6 r* w" S/ M* e(3)能同时追踪全部卫星;
" x r; v- H7 R- K9 {, V2 J
! q9 J$ T0 k- e) j( l+ i1 }(4)追踪太阳和月亮;
0 I! r- }: c; u' f! G0 N5 s/ p3 F# z4 z) L
(5)卫星轨道运行信息;4 J1 S2 J+ Y2 U& \: ? b
7 k: q2 a& j, H9 a; |6 z% b(6)全球城市数据库;
6 W9 ]/ E6 {/ M% N% F! m6 h- h# M
" h3 Q, ^! z2 ~! ?(7)卫星频率数据库;
7 t) O: M2 V0 a' \1 z2 ^3 x$ F) m: l5 T6 f
(8)雷达扫描卫星;; o! L! R' M3 r! Q: u/ ^
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(9)支持多国语言;6 f( f$ E! O3 F6 Y
$ w3 o' C+ Z! j9 }$ T& |; _; |
(10)支持来自640*480的荧屏协议;
, N8 Q E8 r3 ~# C: G
3 Y$ G! j# u& U) w) R# \- \(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);
, P3 W p" h5 j- t
7 q0 B$ U& o7 E3 I(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;
! k4 t% a. k5 ^/ `- u4 N# f6 {* \
/ T) e# x [ c' a(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
. u+ Y8 M8 u+ P' r: x% T4 ~' R0 W O2 j. h' i( j1 k
(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。! ~! y6 w+ M: b
5 @3 O0 ^+ G/ P# `1 p7 V8 Z2 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。! R5 a7 Q) S4 E5 `- H- Y, h1 x
5 `. F8 o7 J B/ N j
3、Orbitron应用' G: |5 e& A3 {9 J0 f
6 x0 W5 f1 v, y' X) v2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。. z h, l4 n" `0 E. y4 K5 a
4 T5 O( }0 s0 k# \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。
) d5 t7 j& G7 F4 Q. p; L
5 @9 D9 K0 o, k2 C+ S& N( U2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。- d1 Q1 n4 p. ]8 f) [
' V+ B$ P: y4 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。
p4 l: H$ r4 M7 o5 _, C! Y6 d% k; l( c; Y" l2 l
(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 r& ~! d, @2 Q
/ _) K7 w$ b T, R
11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。
* [& a6 b5 K$ N K- C. X. b, n& E3 ^* s* v6 X" `3 q* `
11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。7 U. v+ ~& a; Y1 O1 u) t) L
3 @4 B; ^0 n3 W2 U(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。# B. p; a s" m, e ^
0 V" Q: i& i! k; R2 H) _
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。6 L" T% e9 b) j
5 q. o6 e7 K4 k+ O, \
ODTK轨道仿真器
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ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。$ |1 @- C; X) ~3 ^: d
4 O* b) i* ]2 h
ODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。- C. `! k1 l3 Q2 D7 U/ A' P W
2 C5 x4 C+ I& Z w/ L+ t0 E
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。 D$ H0 \' I! @$ j7 B; d' D
- b5 l4 d( n4 D# c$ Y7 n5 J1、ODTK功能:
. ~! e) x& v8 \: y
4 Y- ]! f9 d K4 Q- m# N" R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。2 S% ]1 K8 d$ r7 Y4 {
6 ~; d1 }" y% @! H6 V( \ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。, {: F$ u# M5 J
& [" F/ t! m' B ?& Z# K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。# P9 c' l* Q+ |% ?6 q. z% z% F
& M9 a. h) q' S' t& z B% i' FODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。8 `1 R9 a6 o' X/ }2 J" A3 i
- l/ `, R( H$ `1 J+ }: ^% w2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:+ [1 F0 u1 j h6 ~. h* Q% w+ A
- |# Y) q5 w$ u# ~. b
卫星轨道的误差;6 a! E, `9 D; U2 n7 u& j
# ?9 f% v' @* F# `' E跟踪偏差和卫星位置;
* l/ G2 r! w0 J9 V7 M- {# v& S. i# T: o: D7 E# X0 _4 `6 a. Q
矫正卫星的校准参数;& k2 h2 \6 K8 U4 o3 O, \9 {
2 H# _! X# Z9 E8 b卫星运动的太空环境影响;
! Z( N$ A& k9 u. x v6 Y
' A! [7 `" q* g全球定位测量卫星轨道和时间;
, Y5 u* a2 c5 U( A6 a9 o: G5 R9 N' h r, i* l' @. b2 K3 F( j
全球定位测量卫星监视时间;
7 e2 f F' @& D/ p: R7 B
0 |8 f; t$ N1 y8 ?* z5 H, O! x7 ^! {" lODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。" I6 \1 @/ I" T: K7 o9 ~4 m- v7 Q7 X
8 ~5 B- z7 Y( B8 v" z4 z+ ~; i
8 h2 H9 G) s3 P
$ |0 q, c. {) P$ g+ \7 p9 P- ]StarCalc星图2 [4 O' J; J8 h$ J
1 M2 G, R! s; g7 aStarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。# M* j7 r1 o1 ]* A; O% w: M; {
9 n7 O! Z, c# S8 A8 aStarCalc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。$ j* @+ k% a. F" E
) v3 h+ [6 D8 u& `) y2 M
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。
3 S- ~: {% u& t
d4 y: S. ~! o5 K j3 M: [) q& o" \( H4 W$ W3 ~! o
0 B8 ]# W$ m j! W
StarCalc星图功能4 i: c( ]; Q) b' r/ S0 H
1 h; b' ]! c: V+ a& T0 L$ ?+ 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;
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6 p+ d: s6 ^' R' B. X2、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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- \8 L6 {5 W! }/ C0 S% c# {+ q3、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;& J+ v; I1 B. |" Q
B. x# P8 f" ^ `, ?/ [, a* r1 q0 n4、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;( s: O0 l3 n9 u# x9 u5 s/ {& c
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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。
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