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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: D" K; V' S+ T3 N) E. _( m: K3 ]
' z% a4 o: B1 B6 [$ \! d& E1、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。) g- s# f2 u: w# A$ M
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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。/ C" O1 {; [6 f. c7 [
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STK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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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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+ `8 s1 k6 j9 \' S2005年4月,Analytical Graphics研发出STK/Professionl(STK/PRO),是最新的卫星工具集专业版。6 a7 _2 J0 S+ k" z4 N& R
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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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/ p9 d7 n+ m! c1 RSTK/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+ h2 Y, x' _! B" M8 U
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2、STK/PRO主要功能
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5 W* d% }" o* a4 F' p0 x, l: H: a- NSTK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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(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;' G: U( i/ s7 E# o: p+ _
7 K# m* _+ I7 H" J: g(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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) `- |1 I3 }. Y(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;1 R4 Y8 j3 R7 C9 L; [- e
, h7 [, a: y7 C' E( L1 _! a4 j(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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- V$ R: F, x4 h q(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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9 T2 R" ], L. U2 |7 B(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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/ K6 u# Y5 p; u& ~+ g0 U% ^8 X6 W(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;! l, X) N" o/ f1 \% h+ s0 b
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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。6 q" ^. B1 f$ s' N* w3 T+ a
* U; C6 q6 p( F+ }( Q/ M) m8 Q7 Y2 J2 l2 E3、STK/PRO特性, D1 m' {5 h! N% r8 r% t
. h$ y1 d0 m7 g9 k( H(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: O. |# a+ k* S4 u(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; W0 e, b( s7 s1 J7 g
8 \: e8 x6 b# S. T$ \(5)寿命工具(Lifetime):评估低轨卫星在轨保持圈数;7 n s2 a f2 R
/ I+ r& y. D$ z- s(6)区域目标:可定义N边形区域,用于地面区域链路计算;/ ~* S) z. J3 @8 ~- ^0 N
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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; ~, l Q- O6 l
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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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4、STK模块9 \! T/ Y! o4 p- [ I0 x
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(1)基本模块。
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) ?$ l) c& U2 ~2 G: ?3 i' r(2)分析模块。
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1 K l' k+ ^" H- V' H(3)综合数据模块。
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(4)扩展与接口。4 r' U Y7 T& i6 n7 t$ A: O" {
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AGI卫星星历
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: |. {: m* X5 i* _8 y; ^5 M1、AGI卫星星历+ K) \* ~' j! l% K
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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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w, e# c9 w7 zAGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。
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( a8 h2 M, B7 _8 k* R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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3 T+ {1 z$ }6 Z; n4 F( x* j( s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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: y( `+ i" w1 E% U6 U. f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。: {: ^9 }* k9 e+ z, s5 F) \" A
* k$ ?* Y- x/ u2 T* S. o* SAGI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。4 O2 B, T. C# |; T8 n& ~7 |! S
/ \9 k6 y. U' C( h% L2、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。! G3 G$ d7 @- d- W9 H
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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( i. ?; J3 q$ E$ S) o- L
9 {% |9 R- N1 F% r; O1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 _# N7 p, p+ N; R5 r0 d( q$ 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。( g. U8 }1 P# k/ P# S" {, W
5 Q4 ?0 i1 z7 |! e) s, DAGI的测试:0 i) y v7 n$ D- @
7 E0 ~1 T- D+ C( e(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。 |' ]6 m2 D! O
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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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(2)时间:2007年6月15日5 s' b: ?9 k6 w. d9 M
8 W( ^" n% g2 F/ `- W& 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。
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( ]) E, X% L9 X1 Q0 A+ l1 k狮子座宇宙站轨道(绿色)与碎片云(红色)。' P6 o) `$ Q2 Q, k
& t; E0 `3 [. ` ]8 z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。2 a& e- F; i& r1 ~1 Q& v
: g0 X; U8 _8 p) O y" mSATCAT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。; @; P# P! n+ z9 A9 H4 K' p2 h3 p
) B0 \! r1 b; L9 x* y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。5 A1 ? A, i) K N
" g8 s g1 A. r. ]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。5 j! I5 Z$ r$ v V. m% ^
, V( B8 _0 p/ ~. E& | F" m“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。/ [/ } K# j' `/ |2 M9 h
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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。
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NORAD跟踪系统! w' X, a7 S" k2 f
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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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; p% q# w# q f" U# @+ B+ NNORAD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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6 A0 s4 z, R$ o! U7 K7 G% ]) U+ M3 R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。
7 s# s) i; ]" @+ \5 }1 H0 U
! @$ K: ]- c4 V1 c1996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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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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/ u; g0 y7 G9 S5 S& B( J7 kOrbitron卫星运行轨道计算软件
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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。( U3 |$ Y: o6 c, f+ i) _
; b A! B4 f6 x x5 fOrbitron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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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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! K8 y$ V- n: }$ h0 c% lOrbitron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。
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0 h: u: Y! S {1、Orbitron主要功能0 T9 I& E. y: M. d" `$ i
: X) d4 l5 C: Q9 w(1)可同时追踪2000颗卫星,精确坐标定位;# W- A- S. |7 x- p. E: [
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(2)全屏显示及简报模式显示;1 P) p! A f% F, N$ m f6 |
1 t+ H& d3 t- I: }$ n }(3)功能先进的卫星时间预测、卫星轨迹搜寻;, Q5 r3 u4 Y" I, l$ z; V" a' D6 Y
; l9 G( t! s, S) ^(4)可以通过NTP服务器校正电脑内部时钟;
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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);
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(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;
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" X+ t6 m. c5 _ j2 A. m(7)内置一个屏幕保护程序;
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8 x% ]/ j. C) A% Q- q' ^2、Orbitron特性2 G# \% r/ Q. R" M
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(1)NORAD的SGP4/SDP4预测模型;4 Q7 _+ [ O; k, ^* K
1 n+ _0 y4 U& W6 Y$ B, h6 {! l(2)能从TLE文件下载20000颗卫星;
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% a3 N# ~" [& w: g9 C* L+ a' ](3)能同时追踪全部卫星;3 R w5 }+ Z6 |) N C6 m) H
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(4)追踪太阳和月亮;# a* T3 _; _1 i* M6 J
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(5)卫星轨道运行信息;+ p m5 f ? w: r2 N' `/ {1 l) B
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(6)全球城市数据库;
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(7)卫星频率数据库;* h: b3 N# z+ D
( ~* r! K" d8 x2 k# r(8)雷达扫描卫星;: [) M1 Q- S4 Z& k
0 l) F9 t( R3 i! A1 t# x& X2 v(9)支持多国语言;' G* y' P& ]% W( u0 {" z
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(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);) z+ v- S' y$ V8 s% F
% M2 D0 }3 W5 @ R
(12)先进的卫星轨迹搜寻引擎;;
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(13)英特网TLE updater,经由HTTP;
$ g- ?- u8 V9 q( _% f: @" a5 N
- T% Q8 P: D5 K' J- f4 h- `# z(14)转子/无线电操纵(内建的或支持使用者)。) C. D( f/ c \& F" M) Z
' G# Y0 _- `; n) e: p# [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。
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3、Orbitron应用
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2006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。
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4 P z$ c/ A2 V- ?, n9 V2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。
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5 b% o4 H" B1 Q# M/ P T1 M4 ^# L2006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。$ n; s! i4 T. O# [, ^3 \1 T
, v! O/ e2 }" z(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。1 [( I8 E- x: u: G! f
5 d& L' Z8 d: H9 k- B11月19日21:31:17时的鑫诺2号卫星轨道参数。
$ }7 G# o+ }9 s& A: a; m/ D) w# Z. q2 G6 c+ E
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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$ r! G5 L9 r4 o. S6 J) ?(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。
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ODTK轨道仿真器 b9 e5 u# }9 @! y2 u8 Q& G
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ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。
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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。" N/ J4 d2 h6 l/ @, U2 h- e
: j7 g; v! a. u1 W5 Z& Y; R! V% fODTK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。
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# t' c; \ X9 L4 q3 [. p1、ODTK功能:
& D& B8 J6 t/ P* m
* Y9 K9 [, d* k; B, \& l$ [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。) D4 @) R/ V- Z% S" Z
& S( N, R, _$ _
ODTK系统能处理符合准确度需求的模拟跟踪数据。
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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。
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( f! C; q. h: j* a9 \( ?, E3 XODTK可同时计算、模拟一颗或式颗卫星轨道及相关参数。8 |" D3 ^6 M& a$ N. N4 ]
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2、ODTK软件能处理卫星跟踪数据,提供轨道和相关的参:# k W' e6 S0 u- P
5 X+ l: R4 A/ [7 t9 y, d卫星轨道的误差;- y2 Q* Y9 I. p9 K! ~
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跟踪偏差和卫星位置;0 ^6 U: t3 J0 v" K w' |
, t9 V+ t6 s; @% ]0 ]
矫正卫星的校准参数;: @' a! Q8 E6 Z* x
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卫星运动的太空环境影响;, E& ^; J& X0 R
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全球定位测量卫星轨道和时间;
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全球定位测量卫星监视时间;9 Y, i. p2 `' @9 u2 R& ^/ x( h
% \! j7 l, W5 m) TODTK是卫星追踪系统的完全的软件解决方案。
% H# w9 u; _$ J8 b6 H5 _4 u, q: u
S, g) L, m7 K( i
8 @) t1 o3 `8 @8 R0 b, z2 ?; oStarCalc星图( [( E& r0 i/ ]9 u" p
4 g( q4 C" l, {" X' iStarCalc星图是俄罗斯克麦罗沃市的亚历山大E.Zfavalishin发明的。
! m- t. q1 `* [5 N; N
& k: A9 L# h" ]8 p! 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。
& Q, n" X2 D2 d" w" h
8 c6 s9 @0 X4 I* _9 I$ kStarCalc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。& Q- ?9 H, `* ?( `
6 W& N: x; H3 y2 z& n9 {8 l& Z: S# p& \9 ~: X
& f; e, a/ Z( F/ A8 X, w$ [StarCalc星图功能+ R& s) k: x: M; W6 m
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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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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 |/ |" d, v0 @9 ~1 y+ h* X, _3 u
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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。
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