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发表于 2010-3-5 10:12:58
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卫星工具集分析软件
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% H+ w4 m8 {- n# w8 [' E: A, x1、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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! ~0 E1 q }8 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。
8 L; P$ S7 f+ x1 Q6 M* u8 C; O; w7 K* f$ s4 d5 y
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 e0 N! }- O5 _; H6 ySTK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。) [- K: ^ m( ]6 [; J# g
- C9 R+ |' y5 e9 N+ ~ Z. W2005年4月,Analytical Graphics研发出STK/Professionl(STK/PRO),是最新的卫星工具集专业版。3 q d! L) u+ g
8 ]5 D6 k* C8 I; s9 Z3 c" LSTK/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。' h# L' W: w3 L) Y+ ^7 |; V
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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。) `- u, M4 p. N8 e
" E4 `& _7 E* z, u% C/ j' T6 V2、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。
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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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8 ]* g; R4 N6 `1 n1 o5 C(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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(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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& Z( ~7 W+ j; U3 d(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 S9 a0 P+ t* |6 y# g" d2 c1 f(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;! E8 ^9 a l( k, D! M2 N
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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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(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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" p6 U. ?8 p1 Z3 C4 H: B(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。" a% F- Z$ N5 v, V
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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;8 }0 Y, ]/ h# y- m+ k
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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。
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3、STK/PRO特性3 c4 ~( J8 {' w1 ]3 t
% l0 i, [' r0 y$ z r$ [(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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(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;4 }/ t ?. t# r$ [+ T" I1 @
2 {( @* t6 Q0 n" e: ]3 }(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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; r7 f2 `" y) L$ Z(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;% \' O: f. }5 M
; C9 @1 |" W, [. \; A: [. r; r(6)区域目标:可定义N边形区域,用于地面区域链路计算; u* X4 a* R4 C) D, t1 F
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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;; c+ _( ]( @* [+ U; a. O) S9 b3 C
; F" K" L! R1 a(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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* @4 K2 D5 s, t% S7 U& _(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。; H9 Z5 B# V, L o6 }
8 n3 H2 R4 k% N Q. P4、STK模块
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(1)基本模块。2 \! b2 ]) l" ^: V A5 |; ~
1 j3 j2 T/ q* k: |/ z* r3 }
(2)分析模块。
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(3)综合数据模块。% X; i' m3 b& |( J
$ ?' ]6 G& I0 S( {. E8 Y(4)扩展与接口。 F! K% L7 h( b5 A! ^. _
) K; M+ @5 g+ w. g
0 R; H2 ^* C2 Q3 Y: W: }; f8 x
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AGI卫星星历
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, M1 U. n% @. D( o) K# A# ]9 Y1、AGI卫星星历3 Z$ C# S z) T: k
* m* T& @& ]8 I) X! z) V. G% H$ 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。3 S! K B* j+ p T, v
E$ Z9 A1 H( dAGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。: B; d6 X' b- y# a+ M
' f( S/ U3 V+ C; ^ ]$ o
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。
, H) F+ V& @6 c4 o5 c4 {; _
/ T, X0 `8 h, q, g! M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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0 }. n) }3 M( b8 S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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$ _! Q4 o% X8 y: B7 O( u1 [4 }3 @ H2、AGI软件应用
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1 p+ N; a8 Q+ g. K& V/ K/ E0 UAGI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。# m! p6 D+ ]1 ]* [. i
; t6 A: E3 s/ {1 D! t0 K9 x
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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3 A; w2 l+ @+ S$ A3 h- d1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 z" W; d3 T. w) t! [' ?1 {% [" L
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AGI的测试:
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(1)时间:2007年1月11日到1月12日。/ \2 T6 l: Q2 U; W7 R/ l
, ]3 E3 B+ y: o7 `6 o
“风云”1C被攻击前5分钟的情况。
5 }& r& }" t* J% Z3 m. I$ z
; F% J; {; o: b2 Z: S" Q“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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4 y# F3 L7 r& E" c# O2 f(2)时间:2007年6月15日
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9 T6 Z/ F; v5 I( e' aAGI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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狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。
+ ?- v1 J6 G8 { j# [6 L) y) M7 X: L \" 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。
& n3 C4 b- v3 N; ~$ W3 L
1 e! K4 X4 `; h0 @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。 y7 O4 V( v n9 M
* ^( L; d; w, W3 b" \
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。
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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。 x, A+ y# b; s& S
# r+ M8 A1 F- @& |2 y/ i* N$ Z/ x“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。
: y4 I* i9 o/ ~$ v3 J& l6 `" c8 B# Y1 Q G% P. y
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。
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NORAD跟踪系统
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6 O4 N+ o6 y' f# D- t* M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。
- S* H) J. `9 J$ p, {6 a$ C
& ~9 x, h& W2 [3 b4 U; }, J6 J, LNORAD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)。 c: O3 [+ Z0 l" a5 Q6 T i
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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。( v* m5 Q7 b* K, f+ i+ D
6 M ], S+ R, {% }: Q
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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0 T4 h+ p+ _* G& sNORAD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。
; l" v1 S+ I. ~5 i) X, C' w
3 m* Q/ Y% D2 f! M fOrbitron卫星运行轨道计算软件2 a4 W% Z) {* T
; ~" ~- U0 F/ J! ]6 c2 H: uOrbitron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。' {/ C) R6 r3 u! l4 U3 c X$ u
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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。( X% U5 Z3 _" ]; i7 O
7 d( e/ Z+ J2 ^- R! ^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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. a1 E9 h$ w- m7 e2 f0 Q }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。/ G9 V# X' D2 @% X2 \: x/ ~ F9 C
2 W% ~ v2 E: s. s9 m8 T9 E' T9 J
1、Orbitron主要功能
- Y& r8 I& i" P6 t O& R7 C z3 w0 | e* h: k) B8 T# j4 V5 [9 G. e: L' @
(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;$ X% Y' q2 p; }% w2 J
- [# y$ v4 r* S0 J(2)全屏显示及简报模式显示;
8 b" `5 U2 x/ u! B8 j4 q4 P" E4 a) m- h. X5 m
(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;
8 h) h C/ E3 b! Z5 k7 E4 W2 e6 }. w& \* ]. z
(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟; ~, y6 ?9 q. y+ \' V9 Y
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(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);, W# d; S, C& j7 C* q; S# U
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(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;: u s0 q; x+ d! L: s9 u
0 R% L' E" x3 l(7)内置一个屏幕保护程序;4 }0 {- o+ O7 Z" }
# S: R3 c: A9 T
2、Orbitron特性8 u4 z4 A6 P7 c
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(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;2 T* H# `3 w7 i) t: [) G& i( N$ Z
+ p; k Z5 b- H' C( t5 B, } m(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;
0 K! Q0 O" h/ J' g9 J% [2 }0 T. s& Z4 x7 `( Z' ?/ T
(3)能同时追踪全部卫星; `# Z7 h7 }% {+ x M+ a; v+ m
/ G* W3 C, Q: P0 M' R! }/ R(4)追踪太阳和月亮;
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- e6 t- `, ?; X(5)卫星轨道运行信息;
6 e0 H: V" k$ o% j3 s2 m3 J
1 `* T: V4 S/ W0 _(6)全球城市数据库;
! B7 U) t" b% `2 t: A5 \3 W
0 q9 A: ]+ K9 M: A% I/ H(7)卫星频率数据库;
2 u7 O+ T3 B0 s
3 A' N8 v3 W2 a+ W' l(8)雷达扫描卫星;
! T: Z* g' q, Z1 \) S0 k
1 }) i1 S4 X& U# w2 D3 n# u(9)支持多国语言; `$ x; ^4 C) C- X: A% ^; z
; l6 k: j& c% U! q, ](10)支持来自640*480的荧屏协议;
3 ]: p4 O: ?4 n9 J; H4 g1 d! A7 b
/ i' ~$ K2 j: T(11)即时的模态/模拟模态(释放时间控制);% h. t0 l D$ i+ v
6 R- n+ T: W# ^! W
(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;
3 O- }( y* _" ^/ {( y- M( W: x; S! U# E
(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
9 y; L$ U) h: d7 s3 e/ ?7 |2 K+ e$ v8 {/ l+ a* e" t% q# e! q
(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。
1 v6 d2 o, n/ b+ L4 @; r% o) Z- b
' [; |. I7 G- l4 t2 _8 u% A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。" B3 I ~7 a# g. P+ X$ S* |5 w- v
6 s. w N! s6 z6 k
3、Orbitron应用! S5 {0 I/ o9 F# C) g$ i3 I* `1 _
; o4 S4 _/ Q- S u( @8 [7 i7 {
2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。
; [, V5 E; z( m q3 N. B* i! }' z& [, i7 F5 [4 |6 o! _
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 |; j: ]# g! ]) L. o; O8 Q
, K$ H- n, V$ ?8 k0 A2 g/ {2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。 h6 c) q; a5 a1 t% X
/ {9 j- S! U" `& O2006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。
% D5 e/ _# O2 N' V* E
- W( g5 P; r5 W6 E. s(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。+ G2 z3 L" ~' ^! c, A3 [, z
+ P$ \* d2 J2 n
11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。. G$ T" D0 {' |2 f, A/ x9 _8 [
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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。% f, F% O. s$ L; X7 Z
C2 f+ u3 d+ h: D, r" U* K(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。
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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。
) s' e9 a7 k+ _9 a% O8 @- t- o d& B! w% I
ODTK轨道仿真器
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% h m* x4 N9 m# o* W3 p% |& HODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。) p7 o3 k6 ]% R
7 D0 e1 y1 d5 y9 D" o, `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。- k. ]. n+ D" {3 w6 ?' B+ a
* O) _% ~* _; [
1、ODTK功能:
- Y4 ]( f8 D7 Y v/ Z0 n; ^7 E6 k' ~) G, b! i5 X. b9 f
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。+ q8 ~$ R( P3 M" H
0 N# g5 x% P. v/ I
ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。
! A8 R( X+ b+ Z3 R- w$ `! U6 l1 i0 u( m# ?2 _! i! `: A
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。0 ?2 i+ |" {7 a( Q" f# I5 m+ Z( r
9 c* G9 W2 F" Z# UODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。
( Y( t# E& ^" P; l0 n2 ^9 O7 U" R* \: C5 `+ i; C) E7 Z
2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:
! X% c( K3 f; c/ \% p- ]! G0 z1 r# q7 H, w+ I4 z
卫星轨道的误差;" @6 n3 l2 c" ?1 X8 u. s& U
k4 F: W }3 @6 r* E( x$ ?跟踪偏差和卫星位置;% c$ ?% x6 n1 b
* x/ D6 |9 u0 T, |9 a" o L矫正卫星的校准参数;
) }! W" z2 }% o/ V2 V: {
?3 h/ J; t/ E- T$ V卫星运动的太空环境影响;
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8 U/ ], B* x! d* I全球定位测量卫星轨道和时间;5 k, B# ?. `0 P8 K
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全球定位测量卫星监视时间;
, V4 n2 z$ J+ J# w' y
[2 y: F) c' f4 p0 ?5 {ODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。
. K9 m) ~2 z+ r2 F* J2 M7 E" v& I3 R3 v; e! ]* p- F& K! I) [5 I# ]! R
8 r# T) n$ y4 Y3 P9 ]% g6 x5 \* m5 N! G. p+ e
StarCalc星图, D. P, `, n5 }5 l, s7 @) c& B
( ^9 k. |- ~9 |9 b
StarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。. P/ c7 W! o- n* E5 W+ {% i9 I9 ~
! Y3 l; Q+ s7 i, y0 `& a3 Q L- T9 j( Q& {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。" h) x5 V. D0 ^' {# Q3 b: e
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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。! o4 M/ F0 D% t) \
( O8 V% k& { B0 W- g: \2 M
1 J5 I+ n) m2 @; y) P& T# t% t. @ V) g& \' Q
StarCalc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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, t0 V9 i" F9 F2、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;# [0 c, @9 _# e5 _; O
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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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5、数据精确:StarCalc专用的SAO和Tycho2星表的数据下载,能精确计算。! E0 {8 ?0 n% G1 A* n' L N
; k$ A* f+ I5 f9 }url:http://www.17kws.com/thread-25693-1-1.html |
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