卫星工具集分析软件
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5 S) ~- D3 O$ P3 D f" A1、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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- E4 S7 j$ ~9 ~9 x% @2 nSTK的功能是产生位置和姿态数据、获取时间、遥感器覆盖分析。" j5 ~. Z* k t0 C5 N
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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。
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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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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。& h: d6 s3 a4 p+ ]
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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。
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1 M( L8 v1 i: h" c7 LSTK/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
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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。* U, Z2 n6 B* w/ Y# ?
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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;1 M6 g8 n3 K6 o J; {* b" a
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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;& B0 I- Y @3 N! l
% `8 s; T$ m' i' W* y(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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(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;: }/ Z5 H: O# S* i/ N
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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;
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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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. ?, r& y$ ^1 r# l; ?5 p& v(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;3 O# j( G- c) R" ?4 b2 E; H2 p
+ y1 _6 V: `$ g(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。" \7 l0 n6 o0 t5 p; j7 f. X |
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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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1 k/ m/ J% p9 Q. k- b8 T(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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3、STK/PRO特性& `$ F$ R0 V5 G# e/ f* Z
3 _% j! p$ x% r) F9 l+ H% t% q(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;% v/ D. Q9 C+ p+ U+ Q
6 e s8 Z' C! B3 F5 f2 c. u: ]5 g/ s(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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& ~. G2 B( _& u/ c" o(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 I1 z2 n/ `3 y* k
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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;
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0 e* H1 N; T. @$ x8 b! Z(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;& O; z t6 p5 `/ ]# W# u) N5 [3 c
6 Z6 K; E# `" B7 j(6)区域目标:可定义N边形区域,用于地面区域链路计算;. L2 ^. N; N3 X$ }0 K! ~
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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;
" v$ ^3 N* x& d' Q
8 j" @/ {7 V' A5 Z) h, Q4 J(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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(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。5 M, {4 G, F* E" Q, Y2 g
- _) [" l+ E8 F' I4、STK模块
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3 g! C' R R" z& {7 }% I3 m(1)基本模块。# k m# b+ Y- L+ V& A4 I; Y
5 r! \4 n4 o# [ }: R(2)分析模块。9 O- D# k4 W2 T& u* p% h
' Z$ s& |8 a& n$ I2 K(3)综合数据模块。
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(4)扩展与接口。5 q1 E" g9 F: r; S: @( u
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AGI卫星星历
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1、AGI卫星星历
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0 t4 g9 |5 i! ~9 p, {4 wAGI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。- z7 }0 p' J. C$ E! M/ }
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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。5 y0 \. R0 J8 U8 \
; H+ S- [6 A" r2 W0 b+ c8 ^5 g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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: a" s- B/ J4 f S- d. R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。! N7 m+ ^) j" P/ p ]( R
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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。0 o) L1 \- @! L
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2、AGI软件应用; `$ [: V; M+ D/ d' P
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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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3 B' O9 f% [/ o6 J2007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。
9 \, [! _ @# U' J
, b" }% Q8 ~4 y: [ o9 `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。2 u6 D* m1 f# v- N( m# N9 g! x
# o/ N- c& ~2 ~8 l! _/ L: u2 y7 k
AGI的测试:
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4 _! u4 O9 P% @ G( O(1)时间:2007年1月11日到1月12日。3 `" ]+ F q( Y' ~3 G3 w
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“风云”1C被攻击前5分钟的情况。
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4 g% {- o% y( P0 @, _“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。
3 D4 W0 X! h8 K1 ]5 a. { N
, `! A- y: Q0 r( J% k0 u% b- d9 q" ^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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' t; k: U5 o- v; }; x- O(2)时间:2007年6月15日6 ^' e8 h0 N0 G0 S- ?# x
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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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) W/ D/ v! q! Q: [1 E狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。5 B. J8 e/ R; N# a( ]' B
' e1 j$ _- W" n! \6 F) J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。
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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。+ d" ]$ ^. N( w9 g, S
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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。
, n5 S% P$ a% E7 @& `
2 |, _; q2 D6 J9 q2007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。. S0 \! X% ?0 v, F) }5 ~( B; u
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NORAD跟踪系统1 w9 `! W' k. I" \8 ]9 e7 k: q
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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。! D* U& }. |0 f$ z! `
! w! r4 O7 n' n: Z) P) N8 hNORAD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)。
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& z* K( l, J& `* G( V# C4 h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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( q9 a$ u! R- y/ p4 O$ ~6 S7 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。
4 M/ J; H3 F* ?( x! J1 V; _# z. D% L6 J8 ^# a" s
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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& J3 b9 W$ I+ \/ J9 z' a0 COrbitron卫星运行轨道计算软件
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1 T9 f; c/ ]* L) x( 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。- b! ?3 |4 q& I5 X* N$ _
! Z3 P! U: x2 L' P z3 ?2 ^Orbitron由波兰年轻卫星专家塞巴斯蒂昂·斯托福(Sebastian Stoff)研究发明。
( ^& j2 ?* `4 g: o
( T; w6 R# A& B+ j/ f% L$ E; _( O7 }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。
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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。: C5 o' e" X2 J. Q Q- N6 y$ P" U
1 ]* G @5 J2 A$ G7 l1、Orbitron主要功能! m# W6 @3 e9 g8 l. D* A5 }
) [1 ]# D; m, k(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;
, _% ?9 c/ a) f3 D# u }
/ |5 U9 B; p8 ]4 a6 H" T! ?(2)全屏显示及简报模式显示;) w5 k3 l' G' z. K
4 x1 J: A' m9 D6 F' {/ ]. d# o(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;8 g# p. ?, m0 }: e) ^8 j) `
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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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- {2 Y V) a% z* G( p* I0 ~( P(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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, s( f1 R1 }6 A/ D: P(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;2 c- W7 b7 c v$ k# T% R. H% P
$ A4 `0 I9 [1 Y% o. }) _( O" b
(7)内置一个屏幕保护程序;( ~! C" Q8 n) P* T
" l1 U: F; z. F6 B. H+ U" u5 s7 X2、Orbitron特性
2 q; X7 S7 I6 l( l% ~; [! M0 _7 s
4 s5 o: a' q4 D& F+ t(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;9 a' L" `; n u0 e- k- m% b* D& h
2 |* f3 C1 n9 ^, t* z
(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;5 Q# F( k8 y$ F! J* S1 Z
3 q& d* G( e4 @. L3 e(3)能同时追踪全部卫星;
* g6 a5 B+ V. D
% Y' s: J+ y$ u3 @(4)追踪太阳和月亮;
+ W% l7 T: M3 D( j; x
7 j6 m; N) I% ^# K: Q(5)卫星轨道运行信息;3 V* N1 b0 m9 [' f$ Y- K& Y( o% b
4 r f! n0 g+ Y2 R
(6)全球城市数据库;
8 H' z; O% A$ m+ |3 B; n; b
; _) ~( T5 Z6 J6 H6 v6 V(7)卫星频率数据库;9 g; q* \0 E3 j l" h) ~9 W
2 p% z& }" u M3 o+ x! g4 ]
(8)雷达扫描卫星;* Q% S& Y) B6 O: H" b3 q
- D) T6 G6 p3 S5 \( A(9)支持多国语言;1 X1 u4 X2 e, D+ X: U# O" q
0 z. h" [2 q6 a/ t2 N/ g
(10)支持来自640*480的荧屏协议;9 e4 C3 g% ~3 q5 j
/ @6 k# N2 o; i, M/ B3 w9 d(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);
( V! x1 }' Y% ^9 E5 P
. N1 K+ Y& b4 k0 j(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;7 ^3 r. L+ ]) s* j0 T
u1 g- W+ A# P' t# r/ p0 Y
(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
8 ]7 l6 X- y7 j( i0 N3 j; A" m2 Q6 i5 p7 t: b7 S
(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。
U6 t4 y3 B# ]$ ^$ [- Q' a* z `; M2 Y" e% A1 M8 L
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。
( J$ Y5 d) V! m5 ~3 Q, o
3 n- X; P6 @7 H, y$ `; T3、Orbitron应用% A6 g( L q; E9 W7 J
8 r9 Z5 N0 B6 C4 @3 X
2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。
& z& q6 Y [' a5 p, ?7 y
9 q1 h- S: @1 K. r4 t11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。+ l! L% Y: g, c: Y5 K9 j
j8 V! x2 n! R. N! }6 `) P
2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。0 _# t: p) q) r
/ E( {( p& c( X ~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。( p( y$ q; P5 B" t6 e9 Z
2 J) j1 I, n' v, G, _# 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。0 d7 Z8 x4 J, r- M5 W4 R* Z
3 t, ^4 h! v8 K1 x: v
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。" y _. N: r( f
8 w( G/ V8 P A$ f, S(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。
7 T7 i# B9 s. S; C: o- s% A9 w% V1 x: w) ~2 o* ]" 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。
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. W4 u7 A" p! K& B" a" N5 m* C, UODTK轨道仿真器
( L4 O, l$ a4 P- i* I: {! I
" @4 M; Q( |! ~. u* j+ `# @) g+ LODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。1 x0 b* [6 c9 F+ K: V% `
/ F9 d! X% j- D8 d4 ?8 \* WODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。
" ~8 i6 ?4 U/ W' D0 k: p* m6 M1 b
- Q' w! C3 Y: `6 IODTK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。, q! T+ r7 ~- j7 v. F. i8 I
g- X! Y6 J0 I: D6 I# H) A1、ODTK功能:) ~6 [& k' b4 z4 _. s: `
% C# F" [; d/ b, J p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。% Q# P1 b4 W7 ]
8 j' l' K3 C( [7 w$ z5 h$ [) m
ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。 `" J3 |! {1 F4 a3 p8 e
0 J8 u: K9 K. E: m' c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。
! D3 T4 ?$ g3 D% ]: r5 _0 S' \# A& `) _3 D& F( F
ODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。
Y( ~# v- @- t2 y! W' C; K) `5 C# `$ y) q1 }/ G7 x8 _
2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:
7 }9 z F; Z8 b
* I* C& t( W) T2 {4 @6 G卫星轨道的误差;+ M" @8 P9 B/ B7 G
$ V1 x5 |; G7 {9 f, {5 }5 ?
跟踪偏差和卫星位置;
) Z, m9 S/ y0 w( {, H, d1 [4 @7 s6 t% G/ G! V1 t
矫正卫星的校准参数;# F: W1 W4 Z0 Y/ x7 m+ L4 l
8 D- A; V: _& c- s9 L6 J* Q% O$ K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;9 S( c5 ~1 W* u* z# U/ }$ N! g: a
( d- @$ l& S \. {4 ?2 ^# J2 V% V
全球定位测量卫星监视时间;4 ]6 c9 @- d n& E2 q
1 n5 d1 Y3 D0 \* H
ODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。1 t4 j, k7 g7 ~/ E5 @
- K% y: T2 h+ v: f: W
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/ k: r% G- e) X# PStarCalc星图, E' _$ Z {& C8 Y7 L8 A+ [
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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。- \! d& n: H# C" e) \& s1 x
: e9 \7 O- x) H* w4 T% c& UStarCalc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。
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6 w4 }" p: I6 c. dStarCalc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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9 M: M$ m2 A6 @& V, N5 }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;2 s( g8 c5 J5 X- T- G
" [$ [( X$ ]" p) Z/ a! d
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;4 \/ n# B4 P0 x% N5 v4 g
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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;
' J, s" t% H& F( R6 z d7 E; V9 i* s
1 ]. E+ N) T$ b9 e" M4、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;
$ U& ^$ F% v/ @2 P/ W3 B4 `) Y, n
D7 ]/ f ~2 ~9 V2 L. Z5、数据精确:StarCalc专用的SAO和Tycho2星表的数据下载,能精确计算。3 D4 \$ n$ k# x" {0 z
0 d! E! B) b+ Durl:http://www.17kws.com/thread-25693-1-1.html |