卫星工具集分析软件' N0 J( T. {: A7 [) z8 O
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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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" r- {# n4 S3 ]) E7 w7 V7 CSTK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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+ \: F8 A0 i5 g( ^1 T" `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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4 [9 l$ m* T' j4 ~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。) T. N; V; E4 t) u' r; h
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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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8 H* N3 y/ y" ]8 H) e, f( WSTK/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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STK/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1 e: ]' l: S/ t3 d/ L/ x. F+ \
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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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(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;+ A; C8 F n* \. z" ~
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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/ E) G4 ~ b9 E. B(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;
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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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T# C$ T; p! R. [(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;; g" O1 M" c6 C, {3 c" q3 G
* g, T, s } E! ~0 w$ _ @
(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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0 s% Q, M* ?* Z(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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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;( s8 V( S) \+ A: i$ _
* ?# {3 F5 H" @6 Q9 }/ [(9)图像保存:可将图像结果保存为BMP位图或AVI动画;4 c' W# L$ @5 i* \/ j# y" d+ G
9 d3 U" n, o/ X' h' f5 F(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6 p1 y9 F: G2 L P/ W
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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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$ H" p* c' a- R# y# r& v5 Z(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;
( D5 C2 F$ H2 T2 B3 r7 S% Q7 M5 d' z# k3 _ o) B/ }
(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;! `( H& Y6 A; b" {) B3 A
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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;1 {9 Y; B6 D, T' e* Z! m1 c( n
' i! R$ w/ A6 x/ U- U. q(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;5 K! Q% }- T6 Z$ K9 Z
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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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(8)姿态仿真和指向:定义飞行器姿态,包括19种姿态定义;0 X$ d5 J4 ^3 |4 @8 M
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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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: R; \! n6 {7 Q& m+ a5 g4、STK模块( D* k! ~7 p$ }
, G) f* U# K/ ?# T s7 a+ v
(1)基本模块。! V, F+ Y( v7 k7 x. o8 M
6 C& Y: u& h+ |. W E3 e a
(2)分析模块。
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(3)综合数据模块。& ?3 w, V$ _. E- }6 s7 D
9 Q8 s( T- x5 R8 r9 @4 b9 P
(4)扩展与接口。. s( e5 j/ f/ ?% u) o: J
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0 g+ G% d- b7 Y: L9 j. L( n9 w/ Z
5 {: J. u2 k8 Q \8 k2 k' Z8 g9 xAGI卫星星历5 b, {3 a; m) l3 X7 `$ y$ U
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1、AGI卫星星历
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% l& q$ c" B4 f2 M7 T, s, AAGI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。+ ^% o9 @9 c3 `/ S) E, e
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AGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。
5 E* |3 C6 g4 S% u# J, i" Y/ V9 j- V3 I$ g2 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。# X% @; D3 _( J
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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》。* D1 E& `# ^3 J$ N# ^* _. l6 s
/ U% Q( F9 h: B) Y" b7 [8 s- d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。, r' D6 m9 q `" e+ ]9 R! y
$ d$ C6 y. N& @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。8 I: W1 k8 d/ H% u m5 k1 V2 h( z) P7 U
3 a) A7 a! L# x. X6 G" Z# p6 B2、AGI软件应用+ [7 w' A# k0 g( q7 W9 T6 h b
# [( Q c0 c; a& O
AGI软件应用举例,从技术的角度对AGI软件会有很好的了解。: d0 |2 [/ J* d& i- d9 l' X! b
8 W; e- M9 n3 c0 I4 {. K) `, G
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。. k$ J l A" g2 Q
2 I4 k$ J `! Q1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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: {; r2 N" W' w. U; D& M+ G. o1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。8 ?+ r$ S3 Z6 F' z
4 f8 U7 R) Z# l& v
AGI的测试:+ r) E; l2 m+ i4 u
$ X1 A7 h1 h( Y! R; B4 s(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。3 ~% A- |! }, ]- y+ G3 k! ~$ L8 J4 p
& B e. \ G. m“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。5 ?. U/ q r# B; v
% L- g/ ]. E& t(2)时间:2007年6月15日
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2 y7 O$ R' ~1 f" h [$ T! C+ BAGI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 }1 V, o+ b& t. C! M1 v
1 A5 n: C# u& o3 [0 s& i6 D狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。
1 _; h2 n8 L- d3 O
* p0 X* J+ ^) a0 |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。
h w ]5 T5 W/ | U# H
* I: p9 x" E" I9 T) P0 WSATCAT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。3 }! Y/ S# W4 L: ~4 d
% r$ s- F2 a: I- Z# t8 L1 J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。0 o" T( p8 M: v8 W1 `/ H
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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。
( j% m) L$ U+ D! Y
$ w! [0 A+ n/ _. _! t“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 O4 y. p2 r1 p8 E& F8 V/ |- y4 Y
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2007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。* c3 r# B* c0 i0 I
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NORAD跟踪系统
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$ [0 m+ a* Z/ u& a1 G# f2 G& S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。. |& U1 p" X6 i9 ] f. b
' B* f6 g/ q( }, e+ X$ b: o6 wNORAD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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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。3 V( G& _7 w; M+ q+ y9 w0 K3 X0 ^* k3 v4 w
7 E% ]9 r7 S/ U0 N z) u' p2 R4 `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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# Q# m9 ^4 M- L( \" {1 n% P+ ?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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& Z, Y+ }) M: x8 H; E$ @Orbitron卫星运行轨道计算软件
* K0 x4 b+ p2 W* Q' i: a1 t
, T$ a9 }5 q8 r2 k) gOrbitron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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7 Z8 |, M# L" }! uOrbitron由波兰年轻卫星专家塞巴斯蒂昂·斯托福(Sebastian Stoff)研究发明。
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* z" Y1 K+ N& ]# a3 o, W# eOrbitron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 c7 n. ^! E% c+ Q
/ c$ _& O, Q$ X5 Y. |, B, B6 m W
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。! k L3 ~- p0 I" I: b- E1 w" z7 N
: \+ p, E8 e/ Z0 X: C5 y3 x1、Orbitron主要功能& O5 M6 w0 I2 Z
. U: G. e9 Y5 B$ D+ }(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;$ u3 H- N1 Q) P7 j" U5 ^, [
9 A2 O; j% c6 h: N+ |(2)全屏显示及简报模式显示;
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(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;/ S: D" B7 d! y+ n& T5 j
4 C2 A9 K2 I" H# ?: z, _6 _
(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;
& U$ _( h# d, M2 P$ ]( d- e! C0 e$ `( `' }0 i6 H" A$ q
(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);3 ~5 d" U) T4 i B6 z# W$ v; r
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(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;
* h: @% ~ X# b4 S- `# R
/ e( y0 q; T# z! H" o/ u& s/ B(7)内置一个屏幕保护程序;% L3 M' _+ Z9 i, E" n
6 `8 u7 J- s0 e/ D5 w; R0 X$ T& ?
2、Orbitron特性
, U {. M! n) ^' ?9 ]4 A: t
1 H' h0 \+ a9 W; \7 P(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;& z" }' Y" ~$ S$ F
2 t/ [' b1 K& Z. ?, Z' c' V(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;4 Y% L8 H0 l5 l6 Z
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(3)能同时追踪全部卫星;
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1 h) N( g4 N( D8 ^, O" Q(4)追踪太阳和月亮;
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(5)卫星轨道运行信息;/ X) d$ a! e. R l; M
" F) S C! r- j5 P5 p$ M3 h6 P(6)全球城市数据库;2 v% F5 P7 k W/ [, D% _3 ?8 c- z
, C4 c/ M8 b) v2 ]
(7)卫星频率数据库;- \4 T2 L W0 u5 S; ^0 I) N& _
# n) A& s2 \) G/ g" R(8)雷达扫描卫星;
7 d9 z0 x6 L. i, C/ t- q! _1 H) N: h, S- Y+ G& W5 V7 a: j
(9)支持多国语言;# f4 C+ Q. U ?- s+ {
+ C5 r9 R; m; h/ I. S' _, E# m2 n
(10)支持来自640*480的荧屏协议;
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(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);. G' R( V8 i" d( ? [2 ~
( t" l. ^" I5 ~ e9 o' \
(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;( ?% ]% f, i; ~! j: i
# K# j. {' \; U9 y(13)英特网TLE updater,经由HTTP;8 T" J& ~9 {* O1 L: p1 V- U
' l2 H Y, ^: K2 K
(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。' |- J2 S3 Y3 P$ Y, { s
/ e- L9 [3 L# q5 c
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。/ S6 a: f. g' a9 g
) ^% Q* z3 w# c N9 B1 x, b/ e3、Orbitron应用
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4 n' i2 K/ {6 ^' O0 n2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。
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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。
& _" ?+ ^/ ?6 V$ |% P$ o0 ]
" z/ Y) Y- k5 {; _/ q+ L2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。; U# l& q' I9 k5 a2 o. t* d
2 R4 S% _8 I. ]4 T V4 N
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。
) S2 L) ~4 j5 `; M5 A' k7 `1 F9 I* B" \) ?# N3 D8 B
(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。
" B9 n9 O: G0 A) S8 i$ w' K
, {, L8 q" B: `2 O2 w11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。
9 V, ~% f; C8 |
2 k/ g! p: J2 U! \6 s11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道读图参数。
3 o8 u0 k- N$ ^. C( r7 N! o4 p! k8 s* a' H" B2 @$ M( ]
(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。+ f5 n1 j/ S3 M8 m
" M" F* i3 \' U+ X" h2 O5 O+ }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。
% X) O% S9 a7 O8 P4 F9 U0 B( I# R: e1 c, C) Q( c% ], o8 f
ODTK轨道仿真器
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& e9 a; g- R* ^ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。
5 `& I: G9 k3 @- N1 {% s& x
# O2 b4 [) J" N6 v, QODTK是一个跟踪数据仿真器,为卫星轨道运行提供分析支持。2 {: [9 h5 e- W, d
" X3 l% t6 _3 n- x5 @/ WODTK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。
5 s, Y0 b: L: ^* n' ?5 {' t$ ^6 e: q0 D/ }
1、ODTK功能:7 X+ V7 _! R: y6 ?. ?4 j
, B& p ~' N' z* X
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。. |8 X' A- B2 n: J% L& t6 y
+ ~) u8 `4 j6 `ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。# _' L& z1 E+ v8 i
, J5 @/ d0 k; X6 B+ m7 r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。' e7 ^" B. [; \0 e5 c5 V+ N
- x/ w8 O8 S5 L! _) o6 ~9 d& `ODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。
; K' I2 P- M1 [
- c6 G* b2 |) h) g5 ^2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:
6 D- Q% p4 z" w/ n; h1 C+ r$ e+ Q* n, {; @" B. C
卫星轨道的误差;
% l% ]1 X" ?7 d, j, h! H
+ v; \7 @' Q6 r9 S3 q' ]跟踪偏差和卫星位置;
7 x( I& u% m+ ]; |+ w1 @- B/ O1 V* ~" [( ]' |9 y
矫正卫星的校准参数;
+ I2 E4 U. h/ `5 u I0 g# V7 Z1 @; I. |" x
卫星运动的太空环境影响;: s S" q! v- p7 N" Z
5 d7 f/ W) v7 `( u, ^全球定位测量卫星轨道和时间;
6 N- E" K( v: V6 \7 W$ p! [! C) @' ~/ R+ Q# Y6 c- }2 e
全球定位测量卫星监视时间;
v6 j# n3 r$ U* E. Q) l; t5 \; Q) f) ]1 t3 p. x
ODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。
& F j Y0 I' W" t1 h1 H. t8 H. `/ x' M# @$ M
F, E6 d3 \+ j9 Z) a0 Z3 c* k6 b- s$ x& a" P0 M8 X5 v4 I3 v
StarCalc星图* ~6 k4 Y0 v R% b6 Q& s: S. D+ Q
. k* u8 y4 S! C% y5 g+ j- p8 @StarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。$ w# D3 a6 F0 |( e; P. k& P
6 C" ~+ S# ~2 @7 K5 KStarCalc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。' u/ e: L- M m$ R% z. ?* I
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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。7 ? j f( _1 ~3 l( t# J+ v, g4 z
: L4 Y6 X' s! ~# p% e0 w) x! Y" W7 Y2 i" w8 ]/ g" h8 p( M. m+ E: P! T# J
; }1 c0 b* b( y
StarCalc星图功能6 }, {1 D9 o+ k( w7 P d
+ s' A* A' k, g, x0 y1、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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- W% _6 X: r, K: p3 b$ Y2、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;2 B3 q* q) L+ w
; n; P8 F9 J. e4 u1 n" 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;
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K6 A+ ~! s* m9 K2 q3 S5、数据精确:StarCalc专用的SAO和Tycho2星表的数据下载,能精确计算。/ w4 f4 o# F2 s: |5 F
2 O& l2 D: U' R% D3 E9 Y. vurl:http://www.17kws.com/thread-25693-1-1.html |