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基础知识-卫星星历

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发表于 2010-3-5 10:11:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
卫星星历& w7 n3 _, `$ L: \

, b( o: C& m5 k* E/ t, }
" q7 @! B  A1 M( ]作者:刘进军 来源:转载 点击数:203 时间:2008年1月13日
+ ]( `2 c+ L- }) P
) t( f3 V+ M  ^1 Y何为卫星星历呢,听上去这个名词相当的陌生,其实它和我们目前很多人都关注的太空开发是密切相关的。简单的讲卫星星历、卫星工具集、轨道仿真器、卫星星图、卫星运行轨道计算软件等,用于计算、跟踪和预测卫星、空间飞行体的运行轨道的应用程序和系统,统称卫星星历。! b  X/ S  y' R0 V" `& s" G
3 G1 n7 e* d, I3 a
卫星星历应用于卫星控制、卫星轨道跟踪、卫星轨道控制、卫星轨道预测等专业机构。现在,多个国家开发出多种卫星运行轨道计算软件,任何卫星或太空飞行体都无法藏匿。卫星星历能实时跟踪、精确定位、轨位预测等。
- s8 n9 B0 S2 G5 [- ?* \  u
5 }6 o  l+ @3 J- a- x+ a: @美国国家宇航局(NASA)、北美航空太空防卫司令部、美国空军司令部、CSSI(Center for Space Standards & Innovation)等机构及许多国家都将卫星星历、卫星运行轨道计算和卫星运行轨道计算软件列入常规和重要的工作。
8 _0 r- N3 n- k8 T9 s' R: F
* n7 J7 @! o( ]( b% X+ w+ k$ m5 z卫星星历
9 B; d/ ]$ \) h$ M* c  ~% C( k3 f: s" j
一、卫星星历,又称为两行轨道数据(TLE,Two-Line Orbital Element),由美国celestrak发明创立。" @! C1 \- N! u$ p) M% q; M
+ j9 E  o* x  l+ m: ^$ g0 R
卫星星历是用于描述太空飞行体位置和速度的表达式——两行式轨道数据系统。
0 `: `% [6 }% `2 R
: n# N# K9 W1 G9 ^; p卫星、航天器或飞行体一旦进入太空,即被列入NORAD卫星星历编号目录。列入NORAD卫星星历编号目录的太空飞行体将被终生跟踪。卫星、火箭残骸等飞行体成为太空垃圾时,仍被列入NORAD卫星编号目录,直到目标消失。+ u  N5 E+ i! \4 a+ v, b! j* f0 ~
  f8 j0 O2 A8 b" l+ j2 l
卫星星历以开普勒定律的6个轨道参数之间的数学关系确定飞行体的时间、坐标、方位、速度等各项参数,具有极高的精度。+ u# {/ Z7 w3 P

6 _% B$ j2 ^8 N* ~  k卫星星历能精确计算、预测、描绘、跟踪卫星、飞行体的时间、位置、速度等运行状态;能表达天体、卫星、航天器、导弹、太空垃圾等飞行体精确参数;能将飞行体置于三维的空间;用时间立体描绘天体的过去、现在和将来。6 Z3 q: X; [2 P3 T! z9 q+ a

# u$ z& w9 p' i+ `$ E卫星星历的时间按世界标准时间(UTC)计算。8 U' @+ V, e+ L6 }$ f

3 F' _2 g; |6 g1 y2 \' l, `卫星星历定时更新。
0 P* M/ w& y# N$ T( H0 @& G
* U! `" T' N( x9 M  c$ x卫星星历可应用于军事、天文、航天、航天器的预测、定位、轨道、跟踪、测量和太空垃圾的计算、预测、描绘、跟踪。
. D7 t, ?" R. U3 b1 n& G
. u% C) P3 c* M# q卫星星历早已应用于美国北美联合防空司令部(NORAD)、美国空军司令部、美国国家宇航局(NASA)等。  R( V+ p( G) E' t2 X8 g

4 l7 Q& ]# k5 C二、卫星星历格式" u2 j  |" T" W) O; ^1 {6 P. f6 Y. Q

6 \/ d4 v( i& V卫星星历格式,又称为两行式轨道数据格式(TLE,Two-Line Orbital Element Set Format)。- ~/ t# ^- ?  Q( G% t. M

! e+ G4 n+ J- s+ E) }% Q三、卫星星历格式含义:  D* c4 ^/ i' C: k" X0 v

3 V- R! t2 r* g' O3 i卫星星历的结构为上下两行,每行69个字符,包括0~9、A~Z(大写)、空格、点和正负号,其他字符是无意义的。
% j+ L6 ^+ K0 {& m
3 s6 f! ?1 d4 k" A第0行,将第1行视为0行,是卫星通用名称,最长为24个字符。
- c8 k  M6 [- Q$ H) U: G
& {/ G3 c3 |2 B- S/ K4 O第1行和第2行是标准的卫星星历格式(TLE格式),每行69个字符,包括0~9、A~Z(大写)、空格、点和正负号,其他字符是无意义的。
9 B% O4 ?1 d6 p. x  n$ k5 W9 q; `2 T  H3 H( X5 Z0 {5 M
四、卫星星历字符含义:
6 A7 C2 y6 s; p! v. k0 u! S# L* Q  O" b4 H  M, T
“A”的位置只能是大写的“A~Z”;有“+”的位置表示减号(-)或空格;有负号(-)的位置可以是加号(+)或负号(-);有空格和“.”的位置表示本来的含义,其他位置的数字都是各种卫星参数。
$ U8 w# ?& P% V4 K9 \7 t' J$ ~+ X' Z
五、卫星星历编号含义
7 Q/ {0 w9 F% V) Y, [* R2 V3 V. p7 h
) t6 L& X( A! e6 M(1)第1行,字符号1是轨道数据。
% p" e' J& [/ O3 H- x* K
/ F0 ~4 O: p+ E7 Q2 n5 P8 a(2)第1行的1~3和第2行2~3是卫星编号;, @" d5 U3 B1 ]3 A* k* R

+ F8 y0 |9 g, g! o" A7 a(3)1~4是秘密分级,U、C或S。
2 @( Q- ]& ^2 w) p( y
+ A4 L; z1 K$ `+ r$ tU表示此数据是不保密的,可供公众使用的;C表示此数据是保密的,仅限NORAD使用;S表示此数据是保密的,仅限NORAD使用。
0 J8 t9 i& z( _: z" b" B" q( A% F' x; v" X/ W7 D7 r
(4)1~6是卫星的发射年份;1 i) g. i. t" v3 r) A
1 U; D4 n1 l0 w+ f
(5)1~10是轨道数据的建立时间,按世界标准时间;
# c3 p5 ?1 n) G% k
* k8 S& u2 r, j(6)1~21是两个轨道比较参数;$ D6 ?& `. H( p2 a" @4 _% g# {

! Y$ b; {6 y6 L# A# `(7)每行的最后一位都是以10为模的校验位,可以检查出90%的数据存储或传送错误。
' |* c, k0 L: w9 u1 t( e7 K; E$ _) |; W1 N# X
六、卫星星历含义描述
; _7 x* V$ w4 J) v8 B1 t% D/ z6 L( C. v  k
两行式轨道数据描述可以帮助解读卫星星历。现将两行式轨道数据分为两部分,分别描述。; J# O2 L* t" k7 [/ C

  C1 P$ ~  r- _# T7 K七、卫星星历分析/ V# u$ b) Q/ K
: e+ r" F  X7 e) d7 t
卫星星历分析,以一组“鑫诺3号”卫星(SINOSAT 3)的两行式轨道数据为例,说明各项数据的含义。
! R' l# H8 A( P' J# C6 Y/ @0 L( R5 N! |
2007年6月1日0时08分,中国在西昌卫星发射中心用“长征3号甲”运载火箭成功发射“鑫诺3号”(SINOSAT 3)通信卫星。/ C% p* W  R5 h1 @* y. M- N
% [; m4 P' Y9 `! D
2007年6月7日3时06分,“鑫诺3号”卫星在发射升空后,先后成功完成太阳帆板展开、通信天线展开、星上远地点发动机点义和四次变轨操作,成功定点于东经125°的预定轨道位置。+ P9 w/ t. C0 F$ C
0 ^# Y+ p  H+ X( }
U.T.C.时间为2007年6月18日02时10分56秒时的“鑫诺3号”卫星的卫星星历。) q- ?% V* S2 D- ^$ l
3 y8 [, @7 N; F4 C2 h$ I
八、几个中国卫星的卫星星历! ^- @$ p; [! q
! F5 W) v* i9 I
(1)中国发射“鑫诺3号”通信卫星的“长征3号甲”(CZ-3A),作为火箭的残骸,也是太空飞行体,也被列入NORAD卫星编号目录。
; i8 Z: ^2 `+ ^9 l/ G5 t/ c3 n' @% d5 |) L6 i- p
(2)中国遥感2号卫星(YAOGAN 2)的卫星星历。
' N, P0 y2 i! y4 d9 h0 l3 z* o) d3 r. U' {5 S) _. [& r
(3)2007年1月12日,中国以发射导弹的方式,成功摧毁退役卫星——“风云”1C卫星,反卫星导弹试验成功。2007年6月19日,中国风云1C卫星产生的六个碎片两行式轨道数据。
; W  I% h; \! @& K" z) |, a. u4 j% o" W! H/ C8 Z
九、卫星星历TLE格式名词解释$ e" a" Z- j- ?/ O

8 ]. [, d9 j$ ^0 _; p" U0 k* S1 c(1)第0行) L* r- x4 A6 G; v. I
: `7 ^; e% h1 X
第0行是一个最长为24个字符的卫星通用名称,由卫星所在国籍的卫星公司命名,如SINOSAT 3。卫星通用名称与NORAD编号、国际编号都是卫星识别编码。1 g3 k4 S& v3 @  ^- V

/ v, Y1 |' b% q& }" v' z(2)行号- j  \9 s: [; _7 L( J

3 R- |+ U4 D- D. a行号是卫星星历的序列号,如第1行或第2行。
. u" v" l+ w* v( U0 a; |" z
6 B4 p% _$ s1 _* @(3)NORAD卫星编号
! V: B; X8 G/ H& h6 o' g2 q4 L, H+ W, ?
NORAD卫星编号,又称为NASA编号,SCC编号,是NORAD特别建立的卫星编号,每一个太空飞行器都被赋予唯一的NORAD卫星编号。' M+ A+ X) {3 l* b

+ Q: n. D, \: X- S: i3 UNORAD卫星编号由五位数的卫星识别码组成,每一位数都有特定的含义。
  a, k/ q; w+ V6 y( W6 b% j. X; U1 `
3 x5 @4 p! h4 Q  q! E7 d如“鑫诺3号”卫星的NORAD卫星编号为31577;遥感2号(YAOGAN 2)卫星的NORAD卫星编号为31490;“长征3号甲”(CZ-3A)为31578。1 G/ k7 ~/ ]: @0 G7 v

* g3 Z% x1 r) v+ a1 H(4)秘密级别. }& n  G& ]: @4 u4 s

9 I* U3 W* c" r1 S7 P! }. q! {卫星星历的秘密级别,分为3个的级别,分别用一个字符来表示:
; X8 w- B. X4 h$ S6 I% o, c9 a# _
- o; M3 m( M0 D& W) ~①U 非保密的/ g  n3 f& D0 \% c
  I; s) V2 Q9 p
②C 机密的
5 D9 j2 j# y% c* ?/ i3 r
5 e$ t" b  R( L1 ]5 s4 C. n3 j6 [③S 绝密的4 v! z) c7 i2 P. T; z! p: I
4 C! x1 \( {7 \/ ~- N9 C# a
(5)国际编号3 ^" D9 u1 |0 F. ?$ y' o

" F5 d  ^9 F* L/ ~  l2 ?6 z1 @国际编号是全世界国家使用的一种卫星标识方法,前两位是发射年份,后面是在这一年的发射序号。
5 G$ W1 o0 Z) o9 F6 M  E
) i  e( n# N- d0 L: e如“鑫诺3号”卫星的国际编号是07021A。
1 j# F3 y8 t2 R* C( R# x
$ b  Y4 i4 J& V! D“07”表示“鑫诺3号”卫星的发射年份2007年;
' n) u1 @2 L3 w/ u% |  b% T! k8 g; C+ G; ?1 Y
“021”表示2007年国际编号的第21次发射;
: W4 r1 k8 r* L  Q* X
' P) g$ y; W8 i, |“A”表示是第一次。按照国际编号规则,如果一次发射多颗卫星,使用26个英文字母排序,按照A、B、C、D的顺序排列为每个卫星编号;如果超过了26个编号,则使用两位字母,如AA、AB、AC编号。; l$ P; T! c4 T. @( P' @5 e

5 q- g/ S- c0 U+ z' [1 [$ K1 @(6)TLE历时5 Y9 s7 _- k( p
# r% c( C. e$ [/ F
世界标准时间(UTC,Universal Time/Temps Cordonne),又称为协调世界时。4 a. @: i* [  j6 t" }, O3 }

) f, s3 ]+ f1 R( l5 b% d, ^, T5 zUTC是从英国国际时间和法国协调时间演变而来。UTC是以原子时秒长为基础,在时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统。
# K4 F$ E6 Z) H/ \/ j6 X; w9 T5 t. W- h4 r7 O1 s3 j7 v; K, d
UTC使用纪元年的后两位,以及用一个十进制小数表示的一年中的第几日和日中的小数部分。2 u: f! T5 M  k- U

. \4 j1 N, g: R1 P. O7 E! w0 sTLE历时使用UTC,指出了飞行体在确定的平近点离角的最精确的UTC时间。$ Q! I& M# p( }7 R4 |
9 [1 s5 t) x# M' E
如“鑫诺3号”卫星的TLE历时为07169.62576014。- o2 i! K: A, i0 B
! l6 m* w# l# T( e& S' u6 G0 `
“07”表示2007年;
" y" i# d; i2 k6 O( S  h" r, }% [8 V/ }9 U1 g. F
“169.62576014”表示2007年的第169.62576014日。换算成精确的U.T.C.时间为2007年6月18日02时10分56秒。
3 v( b1 |6 m' k; w: Z7 R. D
1 R/ b7 F# T' A& w) e(7)平均运动的一阶时间导数
4 ]3 j  U* @6 M4 I! f: N3 e7 Y
- u- v8 c$ x: ]' W平均运动的一阶时间导数作为一个平均运动的漂移参数,用来计算每一天平均运动的变化带来的轨道漂移,提供给轨道计算软件预测卫星的位置。两行式轨道数据使用这个数据校准卫星的位置。2 n" K: Z9 s3 p+ f; K

: e. g2 a- p% D: Z  }(8)平均运动的二阶时间导数9 L, c3 `: F% z, w5 D* @. H6 Z. |
8 u8 D# N- R  `9 `" S
平均运动的二阶时间导数作为一个平均运动的漂移参数,用来计算每一天平均运动的变化带来的轨道漂移,提供给轨道计算软件预测卫星的位置。0 ^. b- v& y5 k6 _

+ N+ X: c5 V$ t- y0 H(9)BSTAR拖调制系数9 h- e$ a4 {, C; N+ w* C4 W0 ]

# G3 p' q3 e6 i! P' X* kBSTAR拖调制系数,采用十进制小数,适用GP4一般摄动理论的情况下、BSTAR大气阻力这一项,除此之外为辐射压系数。
0 N7 z* B4 Z! N, q/ M; S) S
& ?! i4 w) M" ]/ rBSTAR拖调制系数的单位是1/(地球半径)。- h/ q* b+ B  c/ l8 U$ s" R
) W* W+ f1 I  ]: ~$ [2 R
(10)美国空军空间指挥中心内部使用" d, H  c. q1 A& t: z
6 {" C1 Q' A, x
美国空军空间指挥中心内部使用的为1;美国空军空间指挥中心以外公开使用标识为0。
. I. j8 N* E2 Z/ P( d+ a, T( M) R( v# z
(11)星历编号
' R, p: m# a! v: Q- D0 u) H; d9 e6 X' [/ W- D+ F2 Z" e1 r7 Z: s6 C
星历编号是TLE数据按新发现卫星的先后顺序的编号。当一个卫星生成了一套新的TLE数据。在新的TLE数据中,新发现卫星的星历编号按顺序排列,每个数字代表一定意义。如“鑫诺3号”卫星的星历编号为444。
9 g3 q7 A* J8 y) o# i. I" R, k: S5 S6 Y$ X. d
(12)校验和
4 r4 O1 w  M  K) S& G# Z( E$ u3 n% l( ?& B
校验和是指这一行的所有非数字字符,按照“字母、空格、句点、正号=0;负号=1”的规则换算成0和1后,将这一行中原来的全部数字加起来,以10为模计算后所得的和。
9 V1 q- {" i) [4 j8 f4 P0 k* g: V! l8 D2 }: v6 X" i
校验和可以检查出90%的数据存储或传送错误。按十进制加起来的个位数字的校验和,用于精确纠正误差。6 k) @0 J: X- B: p, M4 u

3 {: W9 D; O. f第1行或第1行的校验和,就是第1行或第2行的精确纠正误差的数字。3 a9 @8 G+ ?# M+ l& d  H2 t/ q: a% q
* T/ k3 |! c( [( L) r4 F# {& k5 c
(13)轨道的交角(度数:°)/ r' n* W( V  ]

' }% m4 n# V. s5 E轨道的交角是指天体的轨道面和地球赤道面之间的夹度,用0~90°来表示顺行轨道(从地球北极上空看是逆时针运行);用90~180°表示逆行轨道(从地球北极上空看是顺时针运行)。* R( G- T) \" s- @

1 A- o. I! O* g$ H" i# d  H" s' u(16)升交点赤经(度数:°)
% o, _0 D4 i0 s% r
2 j# D) x' s- h& ~/ l/ Y* N升交点赤经是指卫星由南到北穿过地球赤道平面时,与地球赤道平面的交点。4 H2 j8 J- I. R1 f, K

$ b  F. @: K+ G2 n: U6 T# V降交点是指卫星由北到南穿过地球赤道平面时,与地球赤道平面的交点。( q  L% n: X6 o4 u0 l' U! v

. t' A4 j* m; I升交点赤经是指从地球的球心点望过去,升空点的赤经坐标。
( Y9 V2 F9 L. o, a5 E' s: t# d  f  c' I7 a7 |; M& v4 r
(17)轨道离心率
" |. T' g6 b: A' ^' s7 k* L2 @1 I9 ~+ q
轨道离心率是指卫星椭圆轨道的中心点到地球的球心点的距离(C)除以卫星轨道半长轴(A)得到的一个0(圆型)到1(抛物线)之间的小数值。
% R) _+ f6 ]2 x6 g" b3 Y' a& v+ @
在TLE格式中没有体现出小数点,但是总是假定有一个小数点在第一个数字之前。它说明了卫星的轨道椭圆有扁率,以及近地点和远地点的轨道高度。1 d$ q1 [. G. w& V4 }
. \$ i% j  H' R5 I) m7 t
(18)近地点角距
% I; K4 U. x2 b: r' b7 ?7 ~/ _% d5 @2 x9 ]! e: C  m; j5 x
近地点角距是指在卫星的轨道平面内,从升交点到近地点按照卫星运行方向所走过的角度。近地点角距的数值是一个范围在0~360°之间的度数。
/ i7 U. f7 y4 X" z5 x: ~' j
6 h" L* o* C4 x! r  Q(19)平近点角- o2 z% w+ M$ o

: u- j1 q4 k" M& _平近点角是指平近点角与真近点角和偏近点角之间的关系,即卫星在椭圆轨道上的瞬间位置。平近点角通过开普勒方程求得。9 w6 v% o2 u  g% `
: [* b) F& g, d+ B4 T- G& {0 Y+ w
平近点角主要用来指示卫星在TLE数据中的特定的TLE历时瞬间时刻的位置。
* K4 G* N8 j9 U9 [3 ?4 O! ~5 X
8 k; i  z/ X  N平近点角的数值是一个范围在0~360°之间的度数。0 U0 \3 c* D6 |9 v: T
. d4 x2 M# r1 ?) @
(20)平均运动
: S) _* Q$ T& a% q3 B5 E. Z" ~$ ~1 j0 c* m
平均运动(n)是指在一个太阳日内(24h),卫星在它的轨道上绕了多少圈。$ @+ z  d3 q! c2 A6 K

. A9 [, J; p  q+ {8 d; Q平均运动的数值可以在每天0到17圈,没有每天超过17圈的稳定的地球卫星轨道。
, o5 j% T( C  E% Z! C; N  b- q& x7 C" c6 R9 z6 E
卫星轨道周期(T)可以通过求平均运动的倒数获得;卫星轨道半长轴可以用平均运动的数值通过开普勒第三定律求得。开普勒第三定律,又称调和定律:行星绕日一圈时间的平方和行星各自离日的平均距离的立方成正比。* s+ P  Q; _4 x7 }, [! A: D1 V
. r% T2 A. l! n. v
(21)在轨圈数* Q5 t: x) W$ O
9 M8 z( f7 I3 V! }1 E5 n
在轨圈数是指卫星从发射到TLE数据记录的TLE历时之间卫星在轨道上绕行的总圈数。: U0 ^9 ]8 G" ]' p

. @3 w- @9 r. ^8 K7 u在轨圈数的最后一位数是小数。
- V  h5 w+ g; [3 t; N) A__________________
 楼主| 发表于 2010-3-5 10:12:58 | 显示全部楼层
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
) Z5 ?8 z: Z' M  x- @4 l9 l
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 [
# z; g: }/ v- E2 B% M
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。
+ ^  A/ m: b8 [! W2 G. U# C( b/ l* }7 C- F( e8 H! t9 d7 j" [
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。
. _  h) x) j3 J2 Q$ g. P' R% w8 [3 w1 C6 ^0 {5 L+ n. h8 D
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。
4 V; P- u. X3 \. b+ l
+ `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
+ U$ h5 H# J+ Z3 X! d7 s5 Z* P2 a
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。
! H+ H, o7 b6 ^5 G
/ 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
& v9 M# f: c' k: b) P
2、STK/PRO主要功能
- t! S6 N' [, x2 r( l/ ?& |. r
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。
# w* v; V+ O# ]7 Z- {0 ]1 f$ j$ S* s- @9 e5 N
(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;
- `6 L2 C* p% u5 C5 O+ x9 y( T
(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;
( n6 ^: g! c- L( j
) `- |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;
1 B9 r- K6 ?( I" `
- 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;
5 P. }0 a9 A8 N' J8 O
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;
) e( W  _7 C6 g) b7 _2 k2 m
/ 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。
( J1 u3 Z6 L, F$ F" _6 l- k3 y9 y5 x) _- T- Q% F2 p9 d
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
2 c" x8 e. d5 L, ]; r
(9)图像保存:可将图像结果保存为BMP位图或AVI动画;
" o& e6 I& R& `% @8 M2 n! o! i5 X
(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;
2 r6 i+ i! L* B' G  r
# 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;
2 o1 v8 u/ E  D1 p8 l: A9 S5 R% k  Q1 O7 E/ o  l" c2 e! U: ^9 _3 R9 U* 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;
* m" f& J5 r0 T% j6 M2 H- ^$ K/ p! ]7 y3 L) @) x( a
(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
: U' J3 d  e& i9 X
(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;
$ N4 r. `% Q" s8 o: e( S: K0 |6 G6 x
(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
" i% \+ s7 j1 [* }3 t) Q
(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。
" g2 ?" a1 Q4 F2 x4 n5 A! R- i$ |  e5 g7 D# q
4、STK模块9 \! T/ Y! o4 p- [  I0 x
! R) A- u, ~6 H
(1)基本模块。
5 h% a. @6 V4 {4 o  ~) q. ]
) ?$ l) c& U2 ~2 G: ?3 i' r(2)分析模块。
3 f! Q  H* R  p- I
1 K  l' k+ ^" H- V' H(3)综合数据模块。
' Z& F8 z0 e( p  }8 m' R: T0 V9 t8 X- |. h
(4)扩展与接口。4 r' U  Y7 T& i6 n7 t$ A: O" {
* p% m& A+ w4 @: e$ U0 Z& ]
  d6 C  G# g/ d3 Q
) N: S  D- \: E+ U4 v
AGI卫星星历
5 r2 ?3 V( e' ~+ k' D2 j/ u3 k
: |. {: m* X5 i* _8 y; ^5 M1、AGI卫星星历+ K) \* ~' j! l% K
1 C5 O) F" c$ U$ @1 w7 M6 e6 E
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。
' }, ?. Z& U# H  F% \1 }+ c1 v
  w, e# c9 w7 zAGI卫星星历为太空实时跟踪技术奠定了基础。
' x5 Q( C. W/ B' j  G
( 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。
4 Q& L9 n. u- ^# z) x& Z
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》。
1 L9 |$ M1 @/ a
: 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
! c/ A/ W3 \/ l8 a& O5 i1 d& @7 C2 h* O; i; [# m
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
6 S. b2 K; N& \. D" `: D
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。
+ o- }" q$ Q2 c( P( z" z) w$ d
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。
* Q( b0 \* Z  Z. F& H4 _( a, [7 }8 F7 D" O; y3 r" c
“风云”1C被攻击前5分钟的情况。
; S, c2 `9 b- L( Q1 T. G' `- o/ X& R/ h6 ~  z+ j
“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
5 x6 E: z2 X* l+ O
ASAT攻击前AGI文件的画面,五分钟后攻击,“风云”1C被攻击。
" t# j( h. C8 D& y7 Q0 M7 r$ V  Q2 i7 x! [
(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。
. z) i7 I5 p* K  O" a
( ]) 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
. R# J7 i6 w. p( ^9 V
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。
# c9 X1 b% f9 p' e4 B4 z) U1 a" J8 A7 O! E' B  |9 }" M
NORAD跟踪系统! w' X, a7 S" k2 f
7 y4 [$ z2 F6 H( {$ c
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。
# Y* g* ^6 T# N; m, ^
; 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)。
/ ]6 i( ~/ E4 Y, ]  E+ T7 a
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。
. X, X' P3 d, Q' E. @5 \! Y- o) C( m, B# M9 k# ]- w
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。
8 @; K! |" x. U& L
/ u; g0 y7 G9 S5 S& B( J7 kOrbitron卫星运行轨道计算软件
  D$ F; k8 b( M0 c6 Q" ~) [+ a# W: b0 U9 _+ d# r7 }0 x% w! b: X5 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。( 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。
% V7 ~+ z0 D$ h8 q9 G3 Y3 z# c* c; n3 W
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。
4 i1 k+ a6 }+ ~1 H+ H, }: {7 o
! 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。
7 t7 v- g5 Q8 v! x
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: [
3 ]1 C! W7 z) v
(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;
7 }' X4 \0 l) R9 _1 Q, N" O- u8 s/ \4 P* J* ~; T! `4 G0 a# Z2 Z8 d
(5)可以通过互联网更新星历数据(支持ZIP压缩格式);
5 _9 [6 q, |# j* p  S( Q, a% C! B: r. Y0 A8 D  u5 V. o
(6)可控制无线电台及卫星天线跟踪器;
9 P! `4 ^# k9 l
" X+ t6 m. c5 _  j2 A. m(7)内置一个屏幕保护程序;
# f9 l0 k/ W- z& T  |1 ^
8 x% ]/ j. C) A% Q- q' ^2、Orbitron特性2 G# \% r/ Q. R" M
2 z  }! n  Z/ h& I, X- U
(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;
/ y8 c1 m& B2 p$ K0 j; x2 ~( j
% 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
( q- l# E1 N& U7 S* t' a5 N; J: E8 P6 ^
(4)追踪太阳和月亮;# a* T3 _; _1 i* M6 J
/ ?, a. r4 z2 T8 y0 `- m
(5)卫星轨道运行信息;+ p  m5 f  ?  w: r2 N' `/ {1 l) B
( c/ F  d1 B; i6 g
(6)全球城市数据库;
; b/ \) q, x/ t( l$ b* q6 c: j7 q8 A8 Y( K
(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
8 F4 T' Y5 K( B6 X% P5 l( t& V
(10)支持来自640*480的荧屏协议;
, `" e6 Y* i7 r1 z' x. ~& @. j# l1 X+ K' R
(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;;
" _) @0 x: v& f7 K; K- \6 Y, `  m* ^
(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。
8 t2 o  X5 Q7 J/ X  B" x; q" o$ F7 j% ?8 x2 n
3、Orbitron应用
  {+ @0 |1 Q  }" S6 l5 k7 T/ \9 ~4 S5 h/ E6 O9 V" e
2006年10月29日0时20分鑫诺2号卫星发射。
. M  e+ S/ W# I6 J- @7 f3 e* L. \8 c( \3 j
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。
# i, p  l. b; [9 p
4 P  z$ c/ A2 V- ?, n9 V2006年11月18日鑫诺2号的运行报告。
* r* V2 B- u" C0 H2 F  x% c
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。
! m1 w" M- X; O6 w! b% Y' X5 {
$ r! G5 L9 r4 o. S6 J) ?(2)11月19日21:32:48时开启雷达扫描。
1 ^$ R+ s& O: y2 ]! J* t# A' ]6 |) H+ [6 C4 \
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。
4 w  t( w2 [# Y6 [, H( S- E7 z
ODTK轨道仿真器  b9 e5 u# }9 @! y2 u8 Q& G
2 k' D6 |1 y) g& \" ~
ODTK(Orbit Determination Tool Kit)轨道仿真器软件是卫星跟踪系统。
' x8 W7 D# k$ L. c( U/ o) G, t/ R* j! _+ Z
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。
  B. v* I9 l% P+ z
# 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。
; m7 V2 w: c' [' M8 o: p5 L) L8 d4 k- B
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。
. _7 _1 ]0 I4 P4 F9 q
( 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 ]
" t  Y; `; i9 f; t" K* g  s. `+ j3 p
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! ~
0 I1 r- Z/ t) j) |0 U4 p$ o
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
2 ^( Z+ U& B0 X; D/ |
卫星运动的太空环境影响;, E& ^; J& X0 R
7 k1 G4 X! j  y+ m% l% v6 s6 h
全球定位测量卫星轨道和时间;
8 {  w+ z3 _* t$ B$ |  g  ]* ^' J7 ]4 _, s2 m
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
  `& M1 d1 ]' o8 `4 l3 g. a' W
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;
7 T1 y& b$ B, f" ^  @7 {1 }( ~1 U0 r# D
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
' H1 e, q+ f" z/ O5 x
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;
4 f. c7 p% |; k+ _0 b7 L. g# c: P9 p0 l7 {" A  l1 k
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;
( B! q1 K/ {7 m- Y) i8 W1 O- k/ G3 l% o! S/ W
5、数据精确:StarCalc专用的SAO和Tycho2星表的数据下载,能精确计算。
/ s4 g8 L% e' K- g- C8 n4 V% l/ K$ C( O  k- \/ k" }  @2 D; y. U
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发表于 2010-3-5 11:14:03 | 显示全部楼层
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发表于 2010-10-7 15:23:51 | 显示全部楼层
我有个 GPS  模块
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