卫星工具集分析软件( V3 L- i$ I* X& c
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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。$ h- \' w9 i, {1 N' C7 Q0 p
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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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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。
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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。8 M" T2 i# O$ l9 s) y$ L* |. y9 m
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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。" _+ ]8 [* z# K7 o$ l0 C" t+ H; O
; Z8 _ |' ?$ R2005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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# O1 @; B' X7 W+ j* M7 a% p: |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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! A1 y* U1 s! ~) [* r" @: pSTK/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。. e: X6 B" s6 L) W- g
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2、STK/PRO主要功能. u3 u' ~ D* p8 z: i
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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。) Q$ }9 o# H- w' R
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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;3 X& P% [$ a0 O1 W
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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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$ L/ `2 O4 F, b, @# o4 @+ ](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;& o3 o7 w7 [% D7 P4 N( }
/ c' B5 z6 U- H(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;% a" [4 R! m& B$ Y9 N r* Q$ m
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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;
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- V, X. {& D; G% b(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;
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# h6 G" h1 O- @2 O q1 T( N(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。& e" ?5 _) Q. ?
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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;9 _, Q, D: n( }* i
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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。1 e% y3 _2 ^) Q6 [
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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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! b- S5 f9 D. ?1 j& [, q% [(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;+ K& \0 K" c8 c, U
5 C( J$ X0 S, j B8 j* X, D(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;6 U5 `( f9 A, K4 g8 z
4 [* b2 q; u% n(4)长期轨道预报(LOP):精确预报数月或数年的卫星轨道;; f; z. E7 o7 t! y+ A
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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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1 |" Y! S# O- Q2 v+ V7 @4 K(6)区域目标:可定义N边形区域,用于地面区域链路计算;" C4 N8 g j( M# m
- T5 y0 |9 g3 J: t7 }. F, x6 n(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;
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% f, k( o; D/ b5 N! N3 _* J(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。* G4 ?! d$ R% q h
8 m1 a- _/ Q4 m' a$ g* Y7 `4、STK模块$ f8 N* E3 F, j! C4 U) Q
8 f/ n7 g+ m: B3 O- n(1)基本模块。' h! T8 U% W0 I0 F/ \" q. ]
) \' u! ~' o V2 K& W- f(2)分析模块。
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/ I" i0 {8 k6 V! y7 ?3 U( z# V$ X(3)综合数据模块。
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(4)扩展与接口。, u1 C/ _6 _" K3 L% t
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AGI卫星星历5 k( L: P( p4 s" C" B3 Q1 g* h% n
7 Q3 X+ C* O4 \7 |1、AGI卫星星历
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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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AGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。5 Q _+ x v) \) ^
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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。
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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》。, \# @+ Y* d+ q$ y5 v9 M
, I9 Z5 p, Y/ k6 i+ b7 a/ N6 Z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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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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' T7 ?& X% p' {0 E5 k5 o2、AGI软件应用
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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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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。
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& o$ ]( G) P' C% Z, Q' @ P# D1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。3 r0 B0 M' d( S- r; T
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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。
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AGI的测试:$ K4 q% f6 x4 S" a& I
1 R9 {0 l- j3 U& I5 D H
(1)时间:2007年1月11日到1月12日。
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8 e# F! x% I1 e, N“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。
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(2)时间:2007年6月15日. H& T8 o& |9 E
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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。
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) B- `, {9 Z: V0 C( G狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。7 C% Z* e1 @9 j3 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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- b x2 J1 }7 x l2 {& p' ?7 PSATCAT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。 O6 [3 |: K/ h" |+ R
r) U* U/ ? N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。' N! V/ Z7 S7 x. g, W
' ^4 p/ j' E% E4 U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。) i/ _8 Y$ s; b: u' W' {+ ]! K3 L
; W; x0 l1 V- d2 L“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。' G: V% E/ n. C7 {. u- k
2 K8 Y" `: `6 s2007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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& |2 H! ^1 A% M: o9 qNORAD跟踪系统
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- d! F( X( j$ u& F7 _ z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)。4 x p. }2 ^ |
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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。
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; }/ I/ i3 m9 d$ e: y7 E1996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。
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2 D4 C9 g9 T6 m0 d0 u3 B5 x# XOrbitron卫星运行轨道计算软件( o9 |. Z/ }, }+ O j7 o# B* X
* d2 ~+ j& |) YOrbitron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。4 `# i$ i6 h. d
* p. t, u- f3 ~) g+ s9 lOrbitron由波兰年轻卫星专家塞巴斯蒂昂·斯托福(Sebastian Stoff)研究发明。- r/ T) u) V: `0 P2 [( ~% m& p
$ A+ O% e! C b# l# S& COrbitron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。& [" @0 F J% E9 i8 q1 {6 R
2 e- q* O5 I0 \* d) D0 p- wOrbitron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。3 x4 X, t* ^( C, Z+ b% W' `6 b
6 }; W+ Y# B4 h8 W8 g1 h# c5 | P3 a1、Orbitron主要功能6 ^% z/ B9 h9 i
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(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;9 S. I! {+ |5 l
( d, M$ x: g( \+ j
(2)全屏显示及简报模式显示;
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5 J! D/ J; T( ~+ V1 { h(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;- x6 I2 U, P2 j0 s7 K, Y
3 T0 s# B/ ?# S7 B; p(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;4 M9 S2 n4 ~/ |2 O3 \" ^, `
6 {4 j, e/ b/ S/ a2 G+ 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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(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;
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. J1 v& c. g1 Y(7)内置一个屏幕保护程序;
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2、Orbitron特性4 N5 s% O# G9 N; j/ J; L& u
7 c' h( C! M& x& J( |9 o+ G(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;
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(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;* }( c9 v. |6 _; z7 v2 [
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(3)能同时追踪全部卫星;- F/ W2 w5 h6 L1 \' U
3 J0 k/ u1 U% M L7 D$ f; g(4)追踪太阳和月亮;
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" J5 W# o- C# G) O8 X(5)卫星轨道运行信息;
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8 g- c5 ` c5 P# O(6)全球城市数据库;2 Q2 p2 X- }$ f' g4 Y5 k- P
4 t* D& X6 O$ \7 p5 q% b9 g0 U(7)卫星频率数据库;
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7 O$ p% K2 B9 h: ~! S2 @( t# M# o8 b(8)雷达扫描卫星;
; o. S$ s" P6 D8 x K$ M
" W$ k5 U% J) X(9)支持多国语言;
3 U1 T1 V) Y* v W; M9 X9 m# c, J
; @0 o/ J& A, U) J$ h( W& I) n& i(10)支持来自640*480的荧屏协议;! A' C, U' i; @3 ~5 ~- z
, m* N% j! R" _( V8 X/ \$ w/ ~1 N# V(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);
4 P g# |* D! M# r3 [( ?" _4 `) @/ U4 Z% {. b& F
(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;
- @2 E8 I3 F+ c, J
% F; T# a* r5 T) @7 |2 f2 i(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
8 O0 F( b) J& a7 N% H9 q* l3 I2 ^% ^
8 l9 E. G4 v7 ^8 n" B. B# f/ o(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。# R& D! c. b9 b$ D6 Z4 J5 a' b
9 K/ ?7 X: {5 `1 d7 n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。* Y% s6 V# S7 |7 W1 S2 f* N: i1 Y
8 Z7 M- ?* @: P( P4 ^
3、Orbitron应用/ L$ H# g6 ~" Y
- [9 `$ O5 g( Y4 d- [# ]' O1 U2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。5 S% u! M: m: o
5 W, c7 m) p2 r+ [( H( I4 z
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。: M3 O6 {( E2 P) D
% `" u# v* f. }9 [2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。. e6 G; s+ k! L7 p9 ?
, t/ p2 K; l9 b1 {/ v% g. A: 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。
( t$ K) u/ {( R+ `
; }- `. a* A$ |+ H7 D h(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。7 L; c2 W- I: T8 |
4 j" o7 _9 d Q) z" q' y% ?3 d
11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。3 \; C6 E6 i$ H1 n0 x
! R/ b5 |4 H6 }6 l u" b. [11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。) g: F" k1 F: m9 K; \0 l2 z; E
; i' p* }; [; w9 p1 ?$ G% A. l$ O(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。/ u% o$ R5 C) \
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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。
2 \& I7 G" ]. T2 K; G" z! U7 b
8 w3 O6 Z( f) l6 j5 MODTK轨道仿真器4 x! Y5 w& z" @, n
; e* U) f. g( X$ q) M% d
ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。6 e9 o/ V, `1 Z4 ~0 A$ z4 c. v2 i9 T
2 h" v2 c) N' A, fODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。
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+ o* G2 C& s3 |. g! a4 jODTK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 p0 b a, N8 V/ d' Z# H& z1、ODTK功能: x! x( E* j7 U% x h# ]
1 O6 Q4 P4 r- C: Q a
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。7 t8 X# |' _7 N. M: ^ W3 F
7 t/ ]* K* `# y6 Q# }
ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。
; a& n3 X5 p& Z* ^" _
, V q6 ^' _" ], _( ~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。
9 |6 b5 ?* Q& ]7 E4 q" Q( g! J
& N: H9 l) W! G) t$ aODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。: s4 Y0 N9 d/ F" j
2 C" v9 V" j; ?' I& w3 r2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:2 e( V" N+ X# H S/ ?( `
: A4 h" e5 J( `' ?! Z o
卫星轨道的误差;6 g: ?% y7 @8 g( `
7 _7 D) c3 g, a) Q跟踪偏差和卫星位置;8 P) t* r! g" N8 F* w' ^2 n0 g
9 Q: C. I5 S! Y2 [9 j
矫正卫星的校准参数;
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卫星运动的太空环境影响;7 ?. k% j6 f- K% Y
6 @0 l# M# `. ?( i u
全球定位测量卫星轨道和时间;4 a+ B( n& R4 t4 @% d4 J
7 ~7 I) [3 t- t( f* f6 e! G. U全球定位测量卫星监视时间;# c- a- d2 g U
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ODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。
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1 }2 _! t1 S5 k: E# _/ C/ w1 k2 V5 [: D# p; ?, o( l1 n% g
}7 ]% w H' ~! M; |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。
# I4 ~" Q& n5 z H0 q- f$ y
5 Y: F4 Y: G" N2 \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。" s5 D' q9 D/ D3 D
1 c) ~1 z# c! d* {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。
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) O: M, u) R, u+ Z: O6 J+ k! @$ @- G6 v
% g0 v! T! ]% ~, AStarCalc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;
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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; p* b3 r9 |# b: x/ l7 T
4 k8 }' {$ ^4 D' 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;
" P) I& c0 ~4 H$ w' c
- g' s$ R' c0 d- w$ N& c8 K5、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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9 e/ L6 m- }) t" t0 Q0 Furl:http://www.17kws.com/thread-25693-1-1.html |