卫星工具集分析软件
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* Y9 T3 }& w% z2 C# x4 h0 M W1、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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: {" z! c) d4 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。
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6 O$ ~+ q2 ^. {* M+ z, OSTK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 f* C2 h( a- A! a
0 Q$ ^1 i# |/ ^6 U4 X! V3 v6 nSTK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。; I3 u) q/ Z! r7 R
) Y# R: v* A2 e$ M, [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。. G8 g* V& ?# y3 j% D) u4 ?
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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。$ o3 @) `5 u* D* a4 O7 N) `1 f
. V4 [& q4 v+ g. MSTK/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。+ a+ O: [" N; p6 _+ ~/ L, }8 `$ i, C
9 W3 a2 F4 x% w6 p& r, @" R) NSTK/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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4 j$ ]: l; J) R$ P# y2、STK/PRO主要功能% Y; F X/ h& |% d# L# W/ J4 P; Q
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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。* [1 n& D# m- `* n; I/ d: C# x
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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;
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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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5 o; V; J" {7 c2 P(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;0 \- N2 H6 U- G X& ~5 h0 B" S
2 a) e$ C! ^8 J! @(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;
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, j2 T) G6 K/ S. ~: T/ U(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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(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;5 k, t- T: d0 I. V
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(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。
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) o& X/ P% W3 O8 K% _; D+ LSTK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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2 r `( U) [& o$ ^" [+ s(9)图像保存:可将图像结果保存为BMP位图或AVI动画;$ C) S/ g) ]& F
; W' ]3 q8 E6 R1 }( \(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。+ e6 g) w" J" H" X9 g# @$ d8 k
( c" G _# R: E, W3、STK/PRO特性
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- Q2 z1 |/ G8 u0 d) R# W(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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5 J2 z" D; A4 \' O, X(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;5 L1 ]& ?; Z7 R1 R9 J `0 {! E
! W! g: M6 L: C; N$ \, [0 x7 [% \(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;" j6 Q% c4 b) Q3 z9 m
3 Y% {0 }/ a0 K7 i/ F(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;1 a! u& c8 }$ d. ]( [! ]6 s; O( _
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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;6 Z0 F5 q: y) {* q5 b& F( L
4 j& L: w8 k2 h1 b) S' ?0 _(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;* C' f9 Z7 \% Z3 n. ?
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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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8 V7 X4 D# E" y U! A4 L7 v$ d2 k1 T(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 H$ E; n! V& ]; a! g. S& j
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4、STK模块, o" d- F% s/ n- X) U! m
1 M$ e9 `2 }% o$ W2 j(1)基本模块。
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. z( E" g- {& _9 `(2)分析模块。
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(3)综合数据模块。' E3 P9 v: o( \* H2 R
& Z4 i$ P5 p5 _( I, k2 v& }& G(4)扩展与接口。
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AGI卫星星历
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6 z# I c6 `1 g" C2 d- V8 z# E1、AGI卫星星历
) |! M! g: O; L3 r9 [! O9 }
) b0 b7 ^1 O3 W- x/ @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。
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5 O" i( m* p8 x' U3 D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。$ ?1 G5 ~; g' A, S# p
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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》。
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9 H% i$ E6 _2 p3 `4 X6 E! O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。: Z' T2 B7 q, W$ L
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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。 {2 T7 n) a2 b4 w1 | H
A9 w( L- m5 M) a6 r& z2、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。- i: C' Q7 `. B! o' j* w* {
6 H9 ?5 b0 l2 u0 H0 o2007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。
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* W; g) { j# f1 l) vAGI的测试:
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(1)时间:2007年1月11日到1月12日。
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“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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e- D# _$ U, S& p1 J- R(2)时间:2007年6月15日, g9 J X" s$ w- X0 `( r% C
! d) k# x5 f4 g2 z* V: n u' r5 GAGI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。. {3 A; }9 ^, O3 E! n7 N
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狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。
( t3 b' r( k7 g4 q
( V2 K; H& e- s1 |) q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。! y3 \9 q G- G) L) V; d, Q
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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。9 R6 f, @0 g5 ?- Q: D4 S. E- I
/ N1 b: y5 h i y( L1 v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 M: n2 B9 Q J. u
! K: }) g- f$ R' U6 Z4 Y! K
“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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% J( u( G0 v( t! P2007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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9 o5 n _! o7 L- O. `& q) QNORAD跟踪系统
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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。8 z% \( p: }( q) I. l2 v! B& a
5 B* ~ h; F' l1 I/ G9 \- eNORAD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)。& A2 }. R2 H: b6 ^; k$ }2 c
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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。* C' \3 f9 K* j" P) i
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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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/ }: ]1 o; m5 [4 g5 dNORAD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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% m$ W9 C, S; f# @' j) @7 n0 uOrbitron卫星运行轨道计算软件! Y; d' r6 w+ j* l
$ o) Y6 t- w, z7 J0 \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。
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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。 m! r3 L! U1 {% @" s8 J5 ~" r
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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。2 Q, B# Q: t( r# Y! U( x
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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。 `$ x) J Z6 e
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1、Orbitron主要功能
4 E( w0 }) @. r
; ^3 B! ?7 A; o& F(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;
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(2)全屏显示及简报模式显示;$ v* Z- t% ~8 B H1 l
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(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;/ A/ {/ |' y- s- Y4 D1 ^
$ p# ~, Z* h8 N! F& u) A& k(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;7 |. p( X' d& R5 i" m
) @4 d& n0 o1 I+ W/ m4 T(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);
5 M$ V( J8 S6 R6 j S" U$ r: L k
. p3 N$ Z$ |% Q* b8 {(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;
4 q; G7 j# B& Q# W8 }
; k4 I; i( v1 k/ d- M7 ^% c% I(7)内置一个屏幕保护程序;
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/ ?& I+ ~% z" G. T& _0 r2、Orbitron特性5 Q$ S: t! [1 _ o* _: D2 g3 l- d
8 L; x) A# u# q(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;- a, z' W% L. i7 T) h9 ]5 p6 b& }! Z
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(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;
, N4 e" b3 i& [, _% ^! Q) S2 I& t/ Y9 q
(3)能同时追踪全部卫星;& ^+ k( V7 i# k
% Y" P2 O' Y+ b. Y' J
(4)追踪太阳和月亮;
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(5)卫星轨道运行信息;! I4 G! x8 H& A
0 z) L- h# F2 R7 p* v
(6)全球城市数据库;
( x+ k' V W# J# \2 j
- U- `/ ?$ V) g; ~2 Q(7)卫星频率数据库;
4 [- @& y' ]! z8 ]/ F. D2 j6 v! Y/ q+ v2 P5 I. _
(8)雷达扫描卫星;, |8 F5 o1 {: p; I1 ]
1 l* t/ ^& S* J. r4 ~3 f
(9)支持多国语言;! L5 D0 V) u% x% ]$ E
# F. C: R3 f8 b+ J0 I
(10)支持来自640*480的荧屏协议;/ O2 O" c( N) W5 ^8 R7 {9 I; K
; y; w/ ~# T& l(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);
}+ f. |0 X5 o& A, S5 }! Q8 {6 s+ B
* `6 w) Y( G$ [! u) _/ S(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;8 e' k* E$ f2 J
7 R6 G/ b& x* a/ _- ~
(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
& u/ y5 s! o7 C: C# I
# m" d" \' e( u/ n5 J) r p(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。
+ I N9 S1 E3 \) |0 @
+ k4 r3 p# V3 o6 Q8 K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。, \1 i S6 } O' p
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3、Orbitron应用; h+ Q( w0 B, W# k5 c) M- I
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2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。$ R2 M+ H6 o n
; v; L$ N4 a- C2 q) ?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。. u {. A+ j0 E) a
8 ?! G/ Q' L- X$ R- e2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。
5 ~% q$ w; u# p/ h
' a4 r8 W. _+ X5 a2006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。* Q/ D6 g2 n" g0 ~ E s' O5 {
, ^: V# \ i8 s: R6 G(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。, l# d% z Z! |& x
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11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。0 y4 u( ~* M+ x+ l% v
7 J' m* f* J. a$ Q" ^% r5 h( m! Z6 S
11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。
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0 u5 r( F$ A% L8 R) a* Z- r(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。
0 b6 f8 o' [9 [" O# M3 P9 t
* u$ F. c: w9 m11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。$ m9 K7 \# R7 h
1 T6 D0 D7 n/ r, n/ P, @ODTK轨道仿真器
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% M* o+ Y4 H! Q1 \ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。2 H% B( ~, X/ ?& o; o- S$ E! N1 y$ e
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ODTK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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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。) W+ t) C5 d* f: A
; m; f1 d+ L B
1、ODTK功能:
- n! Z, ^* d. {7 o
3 \" n3 X* @, Q4 h) Z) J) B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。
- G: q) f4 q" v8 N6 X2 |8 U8 l6 S0 S3 q! U4 W
ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。
, D4 T9 V1 _2 I* }& \7 W" s p
3 @- [8 N- b* e" m0 m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 F0 C% e% ]1 g' E3 c |* L
1 m5 d& q6 `1 r) |( L% aODTK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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# Z% V9 Y2 I1 P% L& b2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:# O5 O& y' \2 T8 k! j
4 [( M P* n$ @) O) a% y5 m卫星轨道的误差;3 b5 ~# V) \( p% R
- S9 \/ |) y0 r0 b" v7 Y' a跟踪偏差和卫星位置;
. H; [, E1 T/ S: b0 a. G) F; u" s1 e: [3 m* o# y/ c
矫正卫星的校准参数;0 I4 ^. T8 G( J: d. Q7 v% I
/ N; k" j. r6 I: V7 h卫星运动的太空环境影响;
* \) j1 A( o) S. _& ^8 O3 {3 C3 r0 T
4 Z! {; V5 P; j全球定位测量卫星轨道和时间;0 `) K. y+ M6 D1 A: |2 c
. h R$ z9 y Y全球定位测量卫星监视时间;6 `( C& p+ |. ?% a
' `8 p# h6 z. w. X$ Q, ~ODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。3 `" j, H& v$ O$ M$ h1 [* t( T: Y
1 K J' _, \7 g/ @, P! H' E5 j
s E; R/ Y8 g- _( Q. {$ N0 a( j0 z" y0 k9 p" a6 ^4 D9 W
StarCalc星图 J* N% N" x( b# j) K% o" X( \9 Y# Z
1 j$ L7 w- w2 XStarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。
% _/ ]. B# Y! n
( x( `" U7 A( XStarCalc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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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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8 |8 @ R) E5 E$ N* B: sStarCalc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;' O% t! Z- _; Y. X6 D) x
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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;. ]: `7 Y! g9 }0 U. p4 c: {
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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;
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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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, N2 ]. ^# |# s& p9 ?' k( X5、数据精确:StarCalc专用的SAO和Tycho2星表的数据下载,能精确计算。1 S$ S, S4 s& i Z+ r4 g4 i7 t
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