航天任務(wù)模擬工具STK介紹課件

SatelliteToolKit

航天任務(wù)模擬工具STK匯報人：李石川contents應(yīng)用領(lǐng)域及功能概述1STK基本使用規(guī)程2軌道機(jī)動模塊介紹3總結(jié)4STK簡介STK

軟件是由美國

AGI公司開發(fā)的衛(wèi)星仿真工具包，是航天工業(yè)領(lǐng)域領(lǐng)先的商業(yè)化分析軟件，

可以快速方便地分析復(fù)雜的陸、海、空、天任務(wù)，并提供易于理解的圖表和文本形式的分析結(jié)果，用于確定最佳解決方案。STK支持航天任務(wù)周期的全過程，包括概念、需求、設(shè)計、制造、測試、發(fā)射、運(yùn)行和應(yīng)用等。應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了空間航天器設(shè)計和操作、通信、導(dǎo)航、遙感、戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)防御、科學(xué)研究等領(lǐng)域，成為業(yè)界最有影響力的航天軟件之一。

STK簡介STK應(yīng)用于各計劃階段：概念簡報、模擬驗(yàn)證、細(xì)部設(shè)計、演習(xí)、任務(wù)執(zhí)行、訓(xùn)練、宣傳等等。STK制作動畫影片經(jīng)常出現(xiàn)在：CNN電視、Discovery電視、NASA任務(wù)、太空中心簡報、軍事演習(xí)指揮所、國會報告等等。STK使用者包括：指揮官、訓(xùn)練官、作戰(zhàn)官、研究員、工程師、分析師、教師、衛(wèi)星與次系統(tǒng)零組件設(shè)計制造公司(天線、太陽能板、飛行計算機(jī)、感應(yīng)器、推進(jìn)器、姿態(tài)控制裝置)、衛(wèi)星系統(tǒng)服務(wù)公司(衛(wèi)星電視、衛(wèi)星電話、衛(wèi)星影像、衛(wèi)星導(dǎo)航)、國防(空軍、海軍、陸軍、潛艇、導(dǎo)彈、研發(fā)、制造、情報、計劃、海防、軍校)、學(xué)校(研究所、大學(xué))。軟件功能概述STK

的基本分析能力，包括附加的軌道預(yù)報算法、姿態(tài)定義、坐標(biāo)類型和坐標(biāo)系統(tǒng)、遙感器類型、高級的約束條件定義，以及衛(wèi)星、城市、地面站和恒星數(shù)據(jù)庫。STK專業(yè)版對于特定的分析任務(wù)，提供了附加模塊，可以解決通信分析、雷達(dá)分析、覆蓋分析、軌道機(jī)動、精確定軌、實(shí)時操作等問題。軟件功能概述軟件功能概述軟件功能概述軟件功能概述STK基本界面STK基本場景時間，單位和環(huán)境設(shè)定地面站設(shè)定位置類型Geodetic（測量）,Spherical（球形）,Cartesian（笛卡兒）,Cylindrical（圓柱）,Geocentric（地心）緯度（-90o至＋90o）經(jīng)度（-360o至＋360o）海拔高度地方時偏差A(yù)zElMask（方位角/仰角遮罩）以地形數(shù)據(jù)定義指定高度調(diào)整描述衛(wèi)星設(shè)定Basic基本屬性O(shè)rbit軌道Attitude姿態(tài)PassBreak軌跡斷點(diǎn)Mass質(zhì)量Description描述Graphic圖形Attributes,Pass,DisplayTimes,ContoursConstraints約束Basic,Sun,Temporal,Advanced衛(wèi)星設(shè)定舉例半長軸偏心率軌道傾角近地點(diǎn)幅角升交點(diǎn)赤經(jīng)真近點(diǎn)角另外幾種對象設(shè)定指向類型Targeted指向目標(biāo)TargetTimes-指向時間BoresightType瞄準(zhǔn)類型-跟蹤或固定對象可見性分析計算并顯示可見周期和AER（方位角、仰角、斜距）數(shù)據(jù)顯示可見視線遙感器可視范圍對象約束最小/最大方位角、仰角、斜距、擦地高度、擦地角…光照條件約束詳細(xì)的報告和圖表生成報告預(yù)定義報告星歷數(shù)據(jù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)、太陽角度、可見性報告、AER報告、約束數(shù)據(jù)可調(diào)整時間周期自定義報告內(nèi)容生成圖表預(yù)定義圖表比較與分析不同數(shù)據(jù)元素自定義圖表可選沿時間XY,XY,間隔區(qū)間圖,Polar極線圖,Polar90圖表樣式通過簡單易懂得格式顯示復(fù)雜數(shù)據(jù)20顯示動態(tài)數(shù)據(jù)使用DynamicDisplay（動態(tài)顯示）和StripChart（動態(tài)圖表）工具與報告和圖表相同的界面和功能預(yù)定義樣式動畫期間更新數(shù)據(jù)21數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫類型/文件文件名Satellite主數(shù)據(jù)stkActiveTLE.sd頻率stkActiveTLE.fr詳細(xì)描述stlActiveTLE.wr所有人/任務(wù)stkActiveTLE.omTLE雙行數(shù)據(jù)stkActiveTLE.tce一般描述stkActiveTLE.gdTLE（雙行數(shù)據(jù)）無擴(kuò)展名數(shù)據(jù)庫類型/文件文件名City主數(shù)據(jù)stkCityDb.cd國家/城市stkCityDb.cc一般描述stkCityDb.gdFacility主數(shù)據(jù)stkFacility.fd網(wǎng)絡(luò)stkFacility.cc一般描述stkFacility.gd22外部文件STK可以輸入用戶按適當(dāng)文件格式生成的外部數(shù)據(jù)文件外部文件必須按KeywordGroups關(guān)鍵詞組以塊格式排列以BEGIN和組名稱（如BEGINAttitude）開始文件頭以END和組名稱（如ENDAttitude）在文件結(jié)尾塊信息由keywords關(guān)鍵詞組成keywords關(guān)鍵詞（例，NumberOfAttitudePoints)Value數(shù)值（例，3）關(guān)鍵詞和數(shù)值組成關(guān)鍵詞短語（例，NumberOfTorques20）23外部文件外部文件格式舉例：stk.v.4.2.1BEGINAzElMaskNumberOfPoints4BEGINAzElMaskData10.0004.55221.0004.63532.0004.71743.0004.798ENDAzElMask24外部文件類型與擴(kuò)展名外部文件類型擴(kuò)展名Attitude姿態(tài).aAz-El方位角-仰角.aemCustomSensor自定義遙感器.patternEphemeris星歷.ePlanetaryEphemeris行星星歷.peTorque扭矩.tqColorBitmap/Pixmap彩色位圖/象素圖.bmp/.xpmSolarFlux太陽光壓無擴(kuò)展名25動畫顯示場景直觀顯示基于時間的相互關(guān)系與作用衛(wèi)星沿地面軌跡移動遙感器地面覆蓋投影動態(tài)分析場景對象定義須在動畫時間周期內(nèi)打印窗口復(fù)制到剪貼板反向步進(jìn)反向動畫暫停動畫重置動畫播放動畫正向步進(jìn)減小步長增大步長放大窗口縮小窗口測量距離2:1長寬比地圖屬性地圖樣式軌道機(jī)動模塊介紹任務(wù)控制序列MCS(MissionControlSequence)

通常我們設(shè)計一顆衛(wèi)星進(jìn)行一系列的軌道機(jī)動都是一段一段動作連接而成的。

STK每計算完一段后，保存各種狀態(tài)量，并作為下一段的初始值，接著計算下一段，直至結(jié)束。初始狀態(tài)段（軌道根數(shù)，衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)和推進(jìn)劑質(zhì)量）軌道外推段（在地球J2,J4項引力模型下）發(fā)動機(jī)工作段（發(fā)動機(jī)推力，比沖及推力方向）軌道機(jī)動模塊介紹段的說明——基本段初始狀態(tài)段(InitialState)初始軌道參數(shù)初始的質(zhì)量狀況（推進(jìn)劑質(zhì)量，結(jié)構(gòu)質(zhì)量）軌道外推段(Propagate)力模型的選擇停止條件序列約束條件序列發(fā)動機(jī)工作段（Maneuver）瞬時沖量模型有限推力模型點(diǎn)火推力模型段的說明——基本段發(fā)射段（Launch）發(fā)射點(diǎn)和入軌點(diǎn)參數(shù)發(fā)射時刻和入軌參數(shù)對實(shí)際軌道任務(wù)的影響跟隨段（Follow）跟隨開始和跟隨結(jié)束的時間設(shè)定衛(wèi)星繼承跟隨目標(biāo)的軌道根數(shù)用于模擬飛行器分離保持段（Hold）相對選定的坐標(biāo)系保持靜止不動分離時的軌道根數(shù)由選定坐標(biāo)系計算段的說明——功能段更新段（Update）更新衛(wèi)星的燃料質(zhì)量，結(jié)構(gòu)質(zhì)量飛行器釋放子飛行器，或?qū)雍筚|(zhì)量的變化情況序列段（Sequence）

用于組織段的循環(huán)反序列段（BackwardSequence）

已知軌道機(jī)動首尾參數(shù)，反推算機(jī)動過程段的說明——功能段返回段（Return）返回到其父段停止段（Stop）

用來終止其父段的運(yùn)行，從而轉(zhuǎn)入其父段的下一段。若此段沒有父段，則整個MCS運(yùn)行結(jié)束自動序列段（AutomaticSequence）僅在軌道外推段的停止條件中添加類似于一個子程序，但某一停止條件滿足時，其對應(yīng)的自動序列段就會執(zhí)行段的說明MCS界面讓我們可以輕松的以界面編程形式實(shí)現(xiàn)對飛行器進(jìn)行軌道機(jī)動任務(wù)的設(shè)置。對于復(fù)雜的飛行任務(wù)規(guī)劃并不是按照時間順序執(zhí)行的，有可能設(shè)計到滿足約束的最優(yōu)化計