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。9 V* \ A8 I( L) D
8 m1 M9 A! V& }3 w) d; K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。3 z- C5 _0 W1 M9 t
6 x7 H, A- e( o; m0 \7 @$ iSTK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 W$ {& v( N, m0 LSTK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。) u: g* D$ y( N- ]% y
: U/ j" ?( w6 V0 F% gSTK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。
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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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/ q. a( D9 O8 a) W7 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。
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2、STK/PRO主要功能 z8 _) T/ e# }+ n! f
0 C/ X2 u X7 F& _7 A5 FSTK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。+ P0 Q5 T; J- [1 J, O- |
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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;& V7 ?5 x" F6 t% V2 q+ H" }
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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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: C* r# m( H( E- O! {2 ^* i(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;- ^& u: K1 `. H, Q: I0 w9 J+ T
0 _2 ^) t$ K) c, E& 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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(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;' a3 P. l4 c G5 J. E" c7 S
9 L& @* P1 [. ~- V t(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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* v0 C8 d3 e, ^(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;: e0 M# r$ E( o f" m
1 n7 n- H, |* }" V% K) I; f6 @3 M. l(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。 X* H7 a) R; l+ z# m' [
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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;
4 Z' a9 U6 l3 c
+ D9 h7 ?9 n6 E3 c(9)图像保存:可将图像结果保存为BMP位图或AVI动画;& R- R* m* _+ R+ j2 b, N4 O
4 _# g* R- ~7 t( b(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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9 w9 y5 F5 }3 i3、STK/PRO特性
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9 Q. o: z3 {1 z3 V& @# V(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) Q( q* g- z$ G# J
1 C$ V# Q# A. |" C# w(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;
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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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9 M9 o$ r* a3 ~# U; S, U(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;
* [- v, y1 _# l7 S6 r5 P' N
2 |5 e9 q9 ~: O+ Z/ e2 s& }& B(6)区域目标:可定义N边形区域,用于地面区域链路计算;' ^1 x' E) R- y. ]" d4 c- O
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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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$ P% Z0 B6 ?2 i(8)姿态仿真和指向:定义飞行器姿态,包括19种姿态定义;- ~- G. ?% D2 K- {. }
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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。
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& S/ H" m# f- @% B' j4、STK模块( K1 [$ j. ]7 @/ y5 w
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(1)基本模块。
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" C/ V# }6 N0 Y1 x U(2)分析模块。6 f; d& Y6 X! `3 }5 u
" _( K, b( A, o, ?+ I/ n( M
(3)综合数据模块。, S {; E0 r8 j1 b
2 F8 m: k+ P* M7 m# _1 U* N6 n(4)扩展与接口。
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0 Y2 c! f9 ^, D" B0 M3 |AGI卫星星历
2 ~; i* J0 v' n3 |' i
% z+ y, _# p* O; c1、AGI卫星星历
" h- b( t0 r/ A0 o! |- E+ V( Q* T
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。* |: e: D6 @6 L& F! `
& a7 B1 B6 K2 e4 V9 `# oAGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。/ E! d7 L5 M u8 p! c( J+ e" ^
2 ]# G( Y. B: r; y' m$ ]6 U6 ]+ m+ B
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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0 s8 Y3 I7 P) O1 u& b7 I/ i8 [0 k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》。1 N/ b8 F) B V- s, Z& g& b/ [
! B8 f5 m3 C- L r* v# }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。
* z/ H/ Q& g. w
, c' K) U: @2 o8 J2、AGI软件应用
* P' a0 o: B3 @- U! f
5 i1 K- T2 P Q' B3 p% e. e5 iAGI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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+ I7 y; |: V3 t" I0 c2007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。5 O7 Q' Z' \" j9 z, p: W
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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。
% J" E! U$ F; S4 ]
6 c0 \( x2 a) ], O0 XAGI的测试:
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, ^9 e1 ]3 a& j9 U8 _8 J(1)时间:2007年1月11日到1月12日。
( u' e, [) [5 n B
* c$ v) `; E9 u& b“风云”1C被攻击前5分钟的情况。 d* ~2 ?* B& m6 n# D4 v
" u8 N: D: z$ @# Q0 B+ I2 h“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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8 \1 w' P& ?- L+ F; [6 Q, ]+ }ASAT攻击前AGI文件的画面,五分钟后攻击,“风云”1C被攻击。+ d8 @) f2 V5 K/ \8 \/ {* D' [
( p+ @' ~0 T- W2 b y) I(2)时间:2007年6月15日
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! g+ V7 t% \+ s5 XAGI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。- r( N( G3 R& _- ]$ w- }
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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。: Y) ?7 `8 e" |( O, U: b
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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。+ w1 g4 |7 g. a2 _. l h4 r
. @+ e% {9 x8 q& z- F3 _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。
* I5 u$ Y0 B1 _0 L! @6 l9 k, m' V7 R2 J6 D* p6 {1 ^* i
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。& A0 q( ^0 Y# z& l: p8 X6 O. F# `2 x
- V& L; r# Y/ F+ g8 X! k% h2 F& p
“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。
3 e; l% u4 y- H3 ~9 C6 k
4 A+ m+ a6 t# h4 b2007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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* b7 Z. M: V$ V/ t) D7 T$ mNORAD跟踪系统8 E7 g4 ~6 V+ {2 }
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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)。% O3 z. t2 h. e" s' V; u( S' G
7 B( g9 A7 n& p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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# h' k/ e% y F, e! P) w0 n% ]4 j1996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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- P; L* L; x# B1 B+ g( k/ |. GNORAD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。& l0 U0 T& l! k) A# l6 Y3 L! a
9 O! F" r Z1 x, pOrbitron卫星运行轨道计算软件
( n2 b% _" w# u3 I( m w/ R0 @5 C. S" u
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。7 `) f4 O1 M, P& s2 l9 @) O
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Orbitron由波兰年轻卫星专家塞巴斯蒂昂·斯托福(Sebastian Stoff)研究发明。
% [) ]8 _0 S# t/ U4 W4 V- h! ~$ W K- Z/ R I
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。
+ b7 R* c/ Z7 v3 l$ m7 Z2 G/ G4 o. E0 H5 H
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。% l% D- t7 H! d9 W; j
9 Y* g7 u4 g+ p+ m
1、Orbitron主要功能" W& T+ c& J' Z0 n2 _
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(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;
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- d* Z, s( ?6 W8 M(2)全屏显示及简报模式显示;' l' G- D* n, B# X
8 G( B7 Z1 J/ |. K(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;5 [# o& T( C& O, }! M& C- R' X* {
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(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;
* R8 e+ m7 ?, L, c" W! J
# e9 m$ Q) D( a/ X(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式); \+ `" N8 G% L
( m! T, Q: D- N9 x4 U) q(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;
( n8 i! E; V f7 Q ~+ W3 n, q* {! w, e8 [ H7 |
(7)内置一个屏幕保护程序; F( C5 G9 a" Y% G* q
( q8 y* y, ?5 G; G, E. C* d" p0 O2、Orbitron特性2 B- |9 k0 Y. z1 L4 v3 _4 r
1 d1 K9 t, {# b% K5 m(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;
8 V0 ?+ }7 h+ Z: B) G1 h7 @
) Y* O4 s9 H' u( h/ O* F% S0 ](2)能从TLE文件下载20000颗卫星;3 }8 E' y1 E( d: Y0 A" w/ x
( k( ]* o8 }; J; n) `+ M(3)能同时追踪全部卫星;$ q$ |5 k: r: Y7 u" Q# X
( {0 w6 S" d4 S9 ?
(4)追踪太阳和月亮;
% r9 ~8 u4 i4 a4 v& X4 ?
0 D# J6 o3 b" b, ~(5)卫星轨道运行信息;7 S! F- j7 w7 M* M* d
. k3 X7 |+ q* G" j$ I. G
(6)全球城市数据库;
2 Y; ]* f3 [; I, _5 ?
! e- c" ~9 C) Y) m(7)卫星频率数据库;
5 C0 C) d# G- T
5 v" Q; T, y# `0 J(8)雷达扫描卫星;# C% k9 }9 V/ n2 T
% w+ S- i# z" z+ g# i9 e, M1 W _
(9)支持多国语言;
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(10)支持来自640*480的荧屏协议;( Z7 b# w: c1 P- t6 f) L
+ Q$ m( q; Q* o8 x$ e" D# O
(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);
z2 b8 V- _+ F `' d1 T2 _) W V& v; c) E) C: T
(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;
; m1 F7 V& u# W- F3 `" g7 R/ P' {6 G8 W( E. L
(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
N& U: K7 D( c$ v; c$ G4 y' y# d/ X' l, L% g) k
(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。
% C3 V3 {1 T2 n. E' k0 }
6 k9 I7 ]! M$ _4 G1 |2 z$ U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。
9 _7 v2 R' o& r7 _* B! `) F
7 [, \/ T: |! \9 x, A; V3、Orbitron应用
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4 @& E) Q4 r, q- Z# }( B# J# F2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。* c+ J* I5 C3 }: F( N$ B. D6 f
; A, ~1 `: S0 J, u6 I2 v4 A. ]
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。
3 A0 D6 M- K# M' j% H- t" f3 A: W" C+ ?0 c0 M3 b
2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。
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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。
1 ^3 H6 z8 S$ K- x: {* j2 P p; \, p- e0 h5 d2 K
(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。
5 W* m; r- M" G h% [9 p3 a4 d0 f M0 [' y. Y; y m
11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。: T b" v2 k5 {6 t8 L0 C, {8 s9 L
. C1 r; c, ^- f' K/ H' f9 l* s
11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。
' j" W6 J6 Z7 f. q; c
4 q2 p# o, i/ z8 z+ J) q( h(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。* _8 z9 W% {1 c) a( a
1 b" l+ Y4 g1 h6 Q9 B8 ~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。# r8 C. v8 u3 y+ Q* s+ ~( ?/ j4 T1 I
6 Z# f7 U( Y3 Z$ X! p" c r9 MODTK轨道仿真器
4 B+ P0 ?& u. v* M
# g5 ?+ o9 f0 ]! IODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。
# \' x. ]& Z8 a' U* u- R6 v9 f
% N* u% B' b7 n8 c& ]& c) ?; DODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。! @# y+ E' r5 `7 J. @
5 w+ X5 f1 I. w: c9 b
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。
$ h7 P+ T0 r% Z# k1 [ g
+ E$ J; b" R+ U. r7 E f1 T& m1 I1、ODTK功能:
9 {) T7 v; u4 {$ V2 w* f" w. P9 \4 _1 c( r3 Y
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。9 U' o9 u: R( z" e0 Z R0 f) H, e0 G& F
! f4 l: s$ w: L: g* o
ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。' U" _! r; z0 r* l; c. z* x6 P
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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。
8 x6 f# F) t6 w G5 `( L0 j* z* w1 B" j# H+ A1 U0 e
ODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。. F. v1 o( [# n. y6 u! Y7 T6 x
9 f$ `* j* W1 t+ l* I2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:
! h# P+ [ _/ f b- p9 \ {4 a, j0 V: P- n7 K
卫星轨道的误差;
3 i; F: }* k* T+ u; Q* I# W$ D4 K! W. G; |, U. W/ d5 |2 J2 S
跟踪偏差和卫星位置;: R0 I: {* R& s+ d
" n' m8 R7 k" i: S9 C5 H
矫正卫星的校准参数;
: B: e3 z2 s& V0 X; C, g' ~& {, `3 Q0 u
卫星运动的太空环境影响;3 M# T, f$ C4 p1 W# U( M. `
; _6 V) r6 H3 N; j' N
全球定位测量卫星轨道和时间;% ?1 J2 H! v4 L4 p, W
8 @: D4 L8 X3 V% G全球定位测量卫星监视时间;! X( r6 }. N& K5 t
( C( Y* C) |# ?( [& w6 d; }
ODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。
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, ^; P9 U2 i/ l3 q6 ?: e+ U" S8 P ]- V; x+ ]& T; X
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StarCalc星图
3 i6 ]; D c* R" `+ X1 g$ k& L5 G# C
$ J4 |4 h5 r5 r6 u% i b1 NStarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。5 R% f6 b) m& L, I
/ b; x) e+ [. B; hStarCalc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。
& T1 B! Q+ Z* ]' ?+ ?* b5 [$ ]
/ N( B* C6 m4 \* D$ l, e( f1 F4 wStarCalc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。
* W0 E1 I+ S6 \
$ j8 k: \" d" U$ [, H6 {* U* X2 i5 m' ^1 F7 @ Q: z& D- g
. T( w1 `. o' z `StarCalc星图功能
9 u8 b) x% {1 [( {! W9 f h
# f, b `/ K6 Z* e0 ]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;& [" l' }( ]! f8 o Q) T0 I# v
& p6 N9 f" w: `) j1 [7 x% u0 n7 `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;
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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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% Z6 r% D, A4 w4 j6 t5、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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