《STK培训手册》PPT课件.ppt
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1、Satellite Tool Kit 培训教材培训教材Satellite Tool Kit STK中国技术支持中心中国技术支持中心北京宏宇航天技术应用公司北京宏宇航天技术应用公司地址:北京海淀知春路82号,航天大厦0715室 电话:1Satellite Tool Kit STK基本操作用户界面创建场景场景对象场景图形设置文件管理STK工具报告图表动态显示动态图表可见性分析STK专业版高级分析功能高经度轨道预报长期轨道预报卫星寿命计算高分辨率地图和地形数据链路与星座连接模块三维显示模块工具条鼠标运用对象属性工具活动关节模型开发环境制作动画课程内容2Satellite Tool Kit STK用户
2、界面STK专业版STK基本练习STK工具练习STK专业版练习STK模块练习3Satellite Tool Kit STK 用户界面4对象、类、实例STK用户界面用户界面Application ClassSTKScenario ClassstkDemoArea Target Class*SearchAreaFacility ClassKing of PrussiaPlanet ClassJupiterStar ClassAlpha CentauriTarget ClassIraqSatellite Class*ShuttleSensor ClassFieldOfViewSensor ClassU
3、plinkSensor ClassDownlink面向对象设计分级组织结构Scenario(场景)可包含的对象有卫星、飞机、船、车辆、运载、导弹、地面站、行星、恒星、目标、区域目标以及遥感器、接收机、转发器、雷达等。STK应用程序场景*卫星是场景中可建立的6种运动对象之一*区域目标仅在专业版中可用5类和实例STK用户界面用户界面Scenario ClassStkDemoArea Target*FacilityPlanetStarTargetSatellite场景类*卫星是场景中可建立的6种运动对象之一*区域目标仅在专业版中可用WhiteSandsBaikonurIraqYellowStoneP
4、arkMarsMoonSunRegulusAmazonlCalibrationTgt23ERSISensor ClassTrack1Uplink1Sensor Class10DegMinElevSensor ClassSAR6浏览窗口STK用户界面用户界面分级对象浏览彩色对象图标6个菜单FilesEditPropertiesToolsWindowsHelp7地图窗口STK用户界面用户界面多个地图窗口多种投影类型5级地图细节背景地图全球特性显示/关闭 经纬度网格使用RWDB地图特征更新地图显示细节,可以显示/关闭。8选择对象STK用户界面用户界面触发按钮与复选开关在对立的选项间切换单选按钮在一组
5、项目中选择单项功能菜单点击按钮或下拉箭头列表选择多个项目9配置场景STK用户界面用户界面时间周期开始、结束、周期动画开始结束/循环时间时间步长/X倍实时/实时更新/高速单位距离、时间、日期、角度、质量、功率、频率、短距离单位、经度单位、纬度单位数据库默认数据库地形指定使用地形数据的区域描述短、详细10地面站定义STK用户界面用户界面位置类型Geodetic(测量),Spherical(球形),Cartesian(笛卡儿),Cylindrical(圆柱),Geocentric(地心)纬度(-90至90)经度(-360至360)海拔高度地方时偏差AzElMask(方位角/仰角遮罩)以地形数据定义指
6、定高度调整描述11STK运动对象STK用户界面用户界面6种运动对象卫星飞机、船、地面车辆使用Great Arc预报器使用路径点计算行程运载使用简单上升预报器导弹使用Ballistic弹道预报器12定义卫星STK用户界面用户界面Basic 基本属性Orbit 轨道Attitude 姿态Pass Break 轨迹断点Mass 质量Description 描述Graphic 图形Attributes,Pass,Display Times,ContoursConstraints 约束Basic,Sun,Temporal,Advanced13定义卫星轨道STK用户界面用户界面轨道向导可快速定义各种类型的
7、卫星轨道太阳同步,对地静止,重复轨道,重复轨道太阳同步,大椭圆轨道,临界倾角,临界倾角太阳同步,圆轨道可用的轨道预报法二体,J2&J4,MSGP4,HPOP,LOP,外部文件定义边界条件输出星历14定义Great Arc运动对象STK用户界面用户界面航迹手工输入路径点或在地图窗口点取可选择Great Arc预报器或使用外部文件姿态定向图形属性、显示时间约束基本、太阳、时间仅飞机可用数种高级约束15定义运载火箭和导弹STK用户界面用户界面弹道运载可选简单上升预报器或外部文件导弹弹道预报器或外部文件姿态定向图形属性,显示时间,轮廓线约束基本,太阳,时间,高级16定义行星与恒星STK用户界面用户界面
8、行星通过JPL DE405、解析法,或外部文件定义恒星通过位置、固有运动和量级定义赤经/赤纬图形属性17定义区域目标STK用户界面用户界面Boundary 边界手工输入边界线点或在地图窗口点取Centroid 质心自动计算质心测地、球形、笛卡儿、圆柱、地心图形属性约束基本、时间18遥感器指向STK用户界面用户界面指向类型Targeted 指向目标Target Times-指向时间Boresight Type 瞄准类型-跟踪或固定Orientation Method 定位法-Az-El,Quaternion,Euler Angles,YPR About Boresight-Rotating or
9、 Hold Level19动画显示场景STK用户界面用户界面直观显示基于时间的相互关系与作用卫星沿地面轨迹移动遥感器地面覆盖投影动态分析场景对象定义须在动画时间周期内打印窗口复制到剪贴板反向步进反向动画暂停动画重置动画播放动画正向步进减小步长增大步长放大窗口缩小窗口测量距离2:1长宽比地图属性地图样式20对象可见性分析STK用户界面用户界面计算并显示可见周期和AER(方位角、仰角、斜距)数据显示可见视线遥感器可视范围对象约束最小/最大方位角、仰角、斜距、擦地高度、擦地角光照条件约束详细的报告和图表21生成报告STK用户界面用户界面预定义报告星历数据、姿态数据、太阳角度、可见性报告、AER报告、
10、约束数据可调整时间周期自定义报告内容22生成图表STK用户界面用户界面预定义图表比较与分析不同数据元素自定义图表可选沿时间XY,XY,Interval区间图,Polar极线图,Polar 90图表样式通过简单易懂得格式显示复杂数据23显示动态数据STK用户界面用户界面使用Dynamic Display(动态显示)和Strip Chart(动态图表)工具与报告和图表相同的界面和功能预定义样式动画期间更新数据24数据库STK用户界面用户界面数据库类型/文件文件名Satellite主数据stkActiveTLE.sd频率stkActiveTLE.fr详细描述stlActiveTLE.wr所有人/任务
11、stkActiveTLE.omTLE双行数据stkActiveTLE.tce一般描述stkActiveTLE.gdTLE(双行数据)无扩展名数据库类型/文件文件名City主数据stkCityDb.cd国家/城市stkCityDb.cc一般描述stkCityDb.gdFacility主数据stkFacility.fd网络stkFacility.cc一般描述stkFacility.gd25外部文件STK用户界面用户界面STK可以输入用户按适当文件格式生成的外部数据文件外部文件必须按Keyword Groups关键词组以块格式排列以BEGIN和组名称(如 BEGIN Attitude)开始文件头以E
12、ND和组名称(如 END Attitude)在文件结尾块信息由keywords关键词组成keywords关键词(例,NumberOfAttitudePoints)Value数值(例,3)关键词和数值组成关键词短语(例,NumberOfTorques 20)26外部文件STK用户界面用户界面外部文件格式举例:BEGIN AzElMaskNumberOfPoints 4BEGIN AzElMaskData 1 0.000 4.552 2 1.000 4.635 3 2.000 4.717 4 3.000 4.798END AzElMask27外部文件类型与扩展名STK用户界面用户界面外部文件类型扩
13、展名Attitude姿态.aAz-El方位角-仰角.aemCustom Sensor自定义遥感器.patternEphemeris星历.ePlanetary Ephemeris行星星历.peTorque扭矩.tqColor Bitmap/Pixmap彩色位图/象素图.bmp/.xpmSolar Flux太阳光压无扩展名28Satellite Tool Kit STK 专业版29STK专业版STK专业版高级分析功能高精度轨道预报(HPOP)长期轨道预报(LOP)卫星寿命计算(Lifetime)30STK专业版高级分析功能高级分析功能姿态仿真与指向遥感器定义与约束航天动力学数据可视化数据管理31S
14、TK专业版HPOP高精度轨道预报生成多种类型的卫星轨道数据使用一整套高保真力学模型JGM2提供目前已知的最高精度的力学模型月球/太阳点质量重力影响使用美国海军天文台压缩星历预报太阳和月球的位置大气阻力模型使用1960 Jacchia、1971 Jacchia、Jacchia Roberts、1976 Standard或Harris Priester阻力模型计算大气阻力密度太阳光压定义对象为反射球体或黑体可以处理圆轨道、椭圆轨道、抛物线轨道、双曲线轨道距离从地球表面直到月球计算考虑了大多数可预测的地球运动春分/秋分点进动、地球章动、周日的旋转、质心位移计算主要天文时间系统间差异计算UTC、TAI
15、和TDT差异32STK专业版LOP长期轨道预报精确预报数月或数年之后的卫星轨道应用领域:长期任务设计燃料预算有效期研究使用变化参数接近法综合分析导出运动方程,计算轨道摄动的平均影响允许大的、多重轨道时间步长,在高保真计算轨道参数时显著改善了计算速度考虑大气阻力和地球扁率使用1976标准大气阻力模型计算阻力影响考虑地球扁率影响(通过J21)考虑等轴谐波的谐振影响,太阳和月球重力以及太阳光压基于NASA喷气推进实验室(JPL)开发的算法33STK专业版Lifetime卫星寿命计算用于评估:卫星轨道保持时间轨道衰退日期卫星运行总寿命衰退轨道运行圈数计算大气阻力影响快速计算并生成结果计算考虑太阳和月球
16、引力场和太阳光压34Satellite Tool Kit STK 练习35STK练习STK练习STK基本练习生成卫星轨道输入卫星及星历数据(MSGP4&TLE)太阳同步轨道使用遥感器STK工具练习生成报告生成图表计算可见性Walker星座36STK练习STK练习STK专业版练习使用高级分析功能阻力问题使用Lifetime卫星寿命计算工具使用LOP长期轨道预报器使用高分辨率地图和三维地形数据STK模块练习Chains链路模块:链路与星座Chains链路模块:分析通信卫星星座Connect连接模块:连接VO三维显示模块:STK/VO工具37Satellite Tool Kit STK 基本练习38
17、Satellite Tool Kit STK基本练习生成卫星轨道输入卫星及星历数据(MSGP4&TLE)太阳同步轨道使用遥感器39STK基本练习STK练习:生成卫星轨道目标:建立一颗低轨卫星low-Earth orbit(LEO)建立一颗中轨卫星medium-Earth orbit(MEO)建立一颗大椭圆轨道卫星highly elliptical orbit(HEO)建立一颗地球同步轨道卫星 geosynchronous orbit(GEO)观察不同类型轨道的差异 40STK基本练习1:生成卫星轨道练习目的目的:在这个练习当中将学习应用六个轨道参数确定卫星轨道的大小、形状、轨道方位及卫星在轨道
18、上的位置。这六个轨道参数可分为三类:两个轨道参数确定轨道大小和形状 三个轨道参数确定轨道的方位 一个参数确定卫星在轨道上的位置 41轨道大小和形状参数轨道大小和形状参数:这两个参数是相互关联的,第一个参数定义之后第二个参数也被确定。第一个参数第一个参数第二个参数第二个参数semimajor axis 半长轴Eccentricity 偏心率apogee radius 远地点半径perigee radius 近地点半径apogee altitude 远地点高度perigee altitude 近地点高度Period 回归周期Eccentricity 偏心率mean motion每日轨道圈数Ecce
19、ntricity 偏心率STK基本练习1:生成卫星轨道42决定轨道大小和形状的参数远地点半径远地点高度远地点椭圆圆心半长轴近地点半径近地点高度近地点如果偏心率为0,地球将位于轨道的圆心 轨道大小和形状参数STK基本练习1:生成卫星轨道43位置参数(3 个)确定轨道大小和形状后,须确定轨道平面的位置,以下三个参数与轨道位置有关:Inclination 轨道倾角(轨道平面与赤道平面夹角)right ascension or longitude of the ascending node(RAAN)升交点赤经(赤道平面春分点向右与升交点夹角)argument of perigee 近地点幅角(升交点
20、与近地点夹角)轨道位置参数STK基本练习1:生成卫星轨道44Inclination 轨道倾角(轨道平面与赤道平面夹角)right ascension or longitude of the ascending node(RAAN)升交点赤经(赤道平面春分点向右与升交点夹角)argument of perigee 近地点幅角(升交点与近地点夹角)倾角升交点赤经位置参数:轨道位置参数STK基本练习1:生成卫星轨道近地点幅角45卫星位置参数(1 个)参数参数说明说明True Anomaly*真近点角(近地点-地心-卫星当前位置夹角)Mean Anomaly*平近点角Eccentric Anomaly
21、偏近地点角Argument of Latitude升交角距Time Past Ascending Node 过升交点时间Time Past Perigee过近地点时间卫星位置参数STK基本练习1:生成卫星轨道46如何输入轨道参数如何输入轨道参数:在卫星BASIC属性Orbit 栏中设置卫星的六个轨道参数。6个经典轨道参数STK基本练习1:生成卫星轨道47如何输入轨道参数轨道大小和形状轨道位置卫星位置STK基本练习1:生成卫星轨道48建立一颗低轨卫星步骤:建立一颗低轨卫星 Low-Earth Orbit(LEO)1.在STK浏览窗口左侧,单击Satellite按钮。如果轨道生成向导Orbit W
22、izard 出现,单击Cancel取消。将这颗卫星命名为LEO。2.在浏览窗口中选中LEO satellite,单击右键,在弹出菜单中选择Basic属性。3.在Orbit栏,设置如下参数:STK基本练习1:生成卫星轨道49建立一颗低轨卫星在Orbit栏,设置如下参数:区域值Start Time1 Jan 2001 00:00:00.00Stop Time2 Jan 2001 00:00:00.00 Step Size1 minutePropagatorJ4Orbit Epoch1 Jan 2001 00:00:00.00Coordinate TypeClassicalCoordinate Sy
23、stemJ2000Period90 minutesEccentricity0.0Inclination28.5 degArgument of Perigee0.0 degRAAN0.0 degTrue Anomaly0.0 deg注释注释:单击Semimajor Axis右侧的下拉菜单将参数改为Period。STK基本练习1:生成卫星轨道50建立一颗低轨卫星低地球轨道低地球轨道Low-Earth Orbit(LEO)典型的低地球轨道通常为椭圆或圆轨道,高度低于2000公里。在这个高度上的卫星回归周期在90分钟到2小时之间。低地球轨道通信卫星的覆盖范围在30004000公里之间。卫星在地平面出现
24、的最长时间是20分钟,用这种轨道建立全球卫星通信系统需要配置大量的卫星在不同的轨道面上。当卫星用户移动到地平面以下时,卫星必须将通信信号移交给同一轨道上或临近轨道的另一颗卫星以保持连续通信。低轨卫星受大气阻力的影响轨道位置会不断下降。目前主要的低轨卫星系统为全球星GlobalstarTM(48+8 颗卫星分布在8个轨道平面,轨道高度1400公里),铱星Iridium(66+6 颗卫星分布于6个轨道平面上,高度780公里)。STK基本练习1:生成卫星轨道51建立一颗中轨卫星步骤:建立一颗中轨卫星 Medium-Earth Orbit(LEO)1.建立一颗新卫星,如果轨道生成向导出现,取消它。命名
25、这颗卫星为MEO。2.在浏览窗口选中MEO卫星,修改Basic属性。3.在Orbit 栏,输入参数:STK基本练习1:生成卫星轨道52建立一颗中轨卫星在Orbit 栏,输入参数:区域值Start Time1 Jan 2001 00:00:00.00Stop Time2 Jan 2001 00:00:00.00 Step Size1 minutePropagatorJ4Orbit Epoch1 Jan 2001 00:00:00.00Coordinate TypeClassicalCoordinate SystemJ2000Apogee Altitude 10,000 km Perigee Al
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