STK基础教程.doc
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1、STK基础教程By appe1943西安交通大学目录目 录1 STK软件简介11.1 STK软件简介11.2 STK软件发展历程21.3 安装STK软件21.4 STK软件的功能模块21.4.1 先进的分析模块(AMM)21.4.2 Connect模块21.4.3 高精度轨道生成函数(HPOP)31.4.4 长周期轨道预测器(LOP)31.4.5 生命周期31.4.6 地形31.4.7 高分辨率地图31.5 章节安排42 创建第一个STK场景52.1 引言52.2 创建场景52.3 创建对象52.3.1 创建地面站62.3.2 创建城市62.3.3 创建卫星62.3.4 创建传感器72.4 计
2、算访问窗口82.5 约束条件下访问窗口的计算82.5.1 升交角(Elevation Angle)约束82.5.2 时间约束82.6 报告和图表92.6.1 纬度、经度和高度(LLA Position)92.6.2 光照时间(Lighting Times)92.7 3D动画演示92.7.1 设置地球3D属性102.7.2 设置传感器显示属性103 利用Comm Constraints设计通信链路123.1 引言123.2 设置链路123.3 设置COMM CONSTRAINTS163.3.1 接收各向同性功率约束173.3.2 多普勒频移约束183.3.3 通量密度约束183.3.4 载波噪声
3、比约束183.3.5 数字通信系统约束193.3.6 折射高度和距离约束193.3.7 系统噪声温度约束223.4 经常用到的C/N Constraints234 使用Comm模块对转发器建模244.1 概述244.2 环境设置244.3 定义Comm参数264.4 模拟转发器284.5 数字转发器294.6 比较链路性能305 利用STK分析雷达干扰315.1 概述315.2 场景设置315.2.1 添加一个地面设施和带有干扰雷达的飞机315.2.2 在地面设施中添加雷达325.3 雷达干扰报告345.4 设置约束条件346 使用地形和地貌数据366.1 概述366.2 将地形数据导入到场景
4、中366.3 使用图像转换器(Image Converter)376.3.1 创建3D图像纹理376.3.2 在2D窗口中显示图像纹理406.4 使用地形转换器(Terrain Converter)416.4.1 在3D图形窗口中显示416.4.2 在2D图形窗口中显示426.5 结论427 使用天线对象437.1 概述437.2 嵌入式天线 vs. 链接式天线437.3 创建场景437.4 添加地面设施和卫星437.5 在地面设施中添加天线和接收机447.6 在卫星上添加天线457.7 创建报告458 使用多路径对象479 使用飞机任务模块529.1 概述529.2 在3D图形窗口中定义任务
5、529.2.1 环境设置539.2.2 选择飞机模型549.2.3 添加过程559.3 在属性里定义任务579.3.1 环境设置579.3.2 选择飞机对象579.3.3 过程定义579.4 使用目录609.5 地形跟踪639.6 使用阶段性能模块669.6.1 环境设置669.6.2 选择飞机模型669.6.3 定义性能模块669.6.4 增加阶段和过程6710 在STK里使用矢量工具7110.1 引言7110.2 矢量图形7110.3 显示矢量7210.4 平面7410.5 创建新的矢量7510.6 姿态球7910.7 创建和显示角度8110.8 始终显示矢量8411 使用STK X861
6、1.1 STK X与C+8611.1.1 创建工程8611.1.2 将STK X添加到工具栏中8711.1.3 向STK X发送指令8811.1.4 为Map控件添加缩放功能9111.1.5 响应STK X事件9211.1.6 添加地图选择事件9411.1.7 设置STK X属性9611.2 STK X与C#9811.2.1 创建工程9811.2.2 将STK X控件添加到工具栏中9811.2.3 向STK X发送指令9911.2.4 为Map控件添加缩放功能10111.2.5 响应STK X事件10211.2.6 添加地图选择事件10411.2.7 设置STK X属性10511.3 STK
7、X与Html10711.3.1 向STK X传递指令10711.3.2 为Map控件添加缩放功能10911.3.3 响应STK X事件10911.3.4 添加地图选择事件11011.3.5 设置STK X属性11111.4 STK X与Java11311.4.1 利用J-Integra创建Java COM代码11311.4.2 编译JIntegra输出java代码11411.4.3 创建应用11511.4.4 在窗口中添加STK X控件11611.4.5 向STK X发送命令11711.4.6 为Map控件添加缩放功能11811.4.7 响应STK X事件11911.4.8 添加地图选择事件1
8、2111.4.9 设置STK X属性12211.5 STK X与Matlab12211.5.1 创建工程12311.5.2 在表单中添加STK X控件12311.5.3 向STK X发送指令12611.5.4 为Map控件添加缩放功能12911.5.5 响应STK X事件13111.5.6 添加地图选择事件13311.5.7 设置STK X属性13511.5.8 添加Connect命令接口13911.6 STK X与MFC13911.6.1 创建工程13911.6.2 将STK X控件添加到工具栏中14011.6.3 向STK X发送指令14211.6.4 为Map控件添加缩放功能14511.
9、6.5 响应STK X事件14611.6.6 添加Map选择事件14811.6.7 设置STK X属性15011.7 STK X与Visual C+ 6.015211.7.1 创建工程15211.7.2 在对话框中添加STK X控件15511.7.3 向STK X发送指令15611.7.4 为Map控件添加缩放功能16111.7.5 响应STK X事件16211.7.6 添加地图选择事件16611.7.7 设置STK X属性16812 AzEI方位角/仰角遮罩工具的使用17112.1 设置环境17112.2 制作BMSK文件17312.3 利用BMSK限制访问17412.4 在3D图形窗口中观
10、察对象17413 导弹建模工具箱的使用17713.1 导弹建模工具箱介绍17713.2 导弹防御系统功能介绍18113.3 利用MFT规划导弹试验18313.3.1 载入场景18313.3.2 打开STK/Analyzer18413.3.3 影响雷达跟踪时间的因素18513.3.4 最优试验安排19213.4 利用IFT评估末段杀伤概率19513.4.1 载入场景19613.4.2 打开STK/Analyzer19713.4.3 作战管理系统时间延迟影响19813.4.4 蒙特卡罗仿真20413.5 利用MFT & IFT分析受保护区域20913.5.1 载入场景21013.5.2 设置目标位
11、置网格21113.5.3 打开STK/Analyzer21213.5.4 设置拦截事件21313.5.5 使用Analyzer宏22013.5.6 其它注意事项22414 Analyzer使用方法22614.1 卫星覆盖能力分析22614.1.1 载入场景22714.1.2 打开STK/Analyzer22714.1.3 计算卫星的覆盖能力22814.1.4 轨道倾角对覆盖能力的影响23014.1.5 RAAN对覆盖能力的影响23414.1.6 高度对覆盖能力的影响23614.1.7 轨道倾角和高度相互间的影响23914.1.8 传感器对覆盖能力的影响24014.1.9 最优化传感器参数245
12、14.2 卫星发射机参数对覆盖能力的影响24714.2.1 载入场景24814.2.2 打开STK/Analyzer24914.2.3 计算覆盖统计数据25014.2.4 功率对覆盖的影响25114.2.5 频率对覆盖的影响25414.2.6 数据传输速率对覆盖的影响25614.2.7 功率及频率是否相互影响?25714.2.8 最优发射机参数25915 Astrogator使用方法26215.1 最优真近点角26215.2 发射错误26615.3 飞向月球271附录1 Matlab与STK互连277附录2 STK图像转换器工作流程282附录3 STK地形转换器工作流程283附录4 视线的计算
13、284附录5 常用的STK指令287附录5 NORAD双行轨道根数289 Equation Chapter 1 Section 112 AzEI方位角/仰角遮罩工具的使用1 STK软件简介1.1 STK软件简介卫星工具软件STK(Satellite Tool Kit,STK)是航天领域中先进的系统分析软件,由美国分析图形有限公司(Analytical Graphics Inc, AGI)研制,用于分析复杂的陆地、海洋、航空及航天任务。它可提供逼真的2维、3维可视化动态场景以及精确的图表、报告等多种分析结果。支持卫星寿命的全过程,在航天飞行任务的系统分析、设计制造,测试发射以及在轨运行等各个环节
14、中都有广泛的应用,对于军事遥感卫星的战场监测、覆盖分析、打击效果评估等方面同样具有极大的应用潜力。STK起初多用于卫星轨道分析,最初应用集中在航天、情报、雷达、电子对抗、导弹防御等方面。但随着软件不断升级,其应用也得到进一步的深入,STK现已逐渐扩展成为分析和执行陆、海、控、天、电(磁)任务的专业仿真平台。目前,世界上有超过450家大型公司、政府机构、研究和教育组织正在使用STK软件,专业用户超过3万人。STK正在许多商业、政府和军事任务中发挥越来越重要的作用,成为业界最有影响力的航天软件之一。STK基本模块的核心能力是生成位置和姿态数据、可见性及覆盖分析,其它基本分析能力包括附加的轨道预报算
15、法、姿态定义、坐标类型和坐标系统、遥感器类型、高级的约束条件义,以及卫星、城市、地面站和恒星数据库。对于特定的分析任务,STK还提供了附加模块,可以解决通信分析、雷达分析、覆盖分析、轨道机动、精确定轨、实时操作等问题。STK具有以下的特点:(1)强大的分析能力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、空中和空间对象间的复杂关系,以及卫星或地面站遥感器的覆盖区域。(2)生成轨道弹道星历表STK包含复杂的数学算法(二体,J2,J4,MSGP4,星历表),可以快速而准确地确定卫星在任意时刻的位置。对于新手,STK提供卫星轨道生成向导,指引用户建立常见的轨道类型如:地球
16、同步、临界倾角、太阳同步、莫尼亚、重复轨道等。STK还提供卫星数据库(数据源自北美防空司令部)(3)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、地基或天基系统的最小仰角、方位角和可视距离。(4)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的显示在二维地图窗口,包括多种遥感器类型(复杂圆弧、半功率、矩形、扫摆、用户定义)。(5)姿态分析TK提供标准姿态定义,或从外部输入姿态文件(标准四元数姿态文件),为计算姿态运动对其他参数的影响提供多种分析手段。(6)
17、可视化的计算结果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。可以向前、向后或实时的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,恒星行星位置,可将结果保存为BMP位图或AVI动画。(7)全面的数据报告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,用户可以为一个对象或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。(8)多平台在多种操作系统均可使用,包括Wmdows 95/98,Windows NT以及最主要的UNIX平台:SGI、Sun、IBM、DEC、H
18、P。1.2 STK软件发展历程1.3 安装STK软件1.4 STK软件的功能模块1.4.1 先进的分析模块(AMM)该模块提供了具有先进特征的软件,并且极大的扩展了STK的功能,这个模块可以满足施行各式各样的专业化的分析任务的卫星系统工程师的要求。这些特征在5个区域提供了先进的功能:恣态模拟和指向,传感器定义和限制,天文动力学,数据可视化和数据管理。1.4.2 Connect模块1.4.3 高精度轨道生成函数(HPOP)该模块能为各式各样的地球卫星产生轨道,能够产生从地球表面到月球轨道等不同距离的圆、椭圆、抛物线和双曲线轨道。HPOP包括现代的、影响一个地球的主要摄动的所有的高保真模型卫星:点
19、重力模型(JGM)、日月点质量的重力影响、大气阻力、光压、春(秋)分点的运动、章动、自旋、质心变化等。另外HPOP也考虑了三个基本天文时间系统的差别:UTC(GMT)、TAI和TDT(ET)。其中所有的输入和输出都用UTC来表示;TAI和TDT在内部使用来取得高精确度。1.4.4 长周期轨道预测器(LOP)LOP提供长周期卫星轨道的预测,经常用于长周期的设计任务、燃料的计算和寿命结束时间的研究。出于性能方面的原因,高精度计算卫星轨道的长周期变化是不切实际的,LOP开发了“可交参数”来计算加在轨道上的平均摄动影响。该方法允许采用大的多轨时间长度,因此在保证相同的轨道参数的高保真度的前提下大大提高
20、了计算速度。用户输入轨道和卫星质量、地域和阻力系数后程序将会按1976标准大气来计算阻力影响。另外,LOP在计算椭圆摄动时也考虑地球扁率的影响、声学的共振影响、日月重力和光压影响。该模型是建立在NASA喷射推进实验室的运算法则基础上的。1.4.5 生命周期生命周期是用来估计低轨卫星由于大气阻力而坠落前运行在轨道的时间。该计算法则与LOP的计算法则是相似的,当然也有一些较大的差异。首先,在计算阻力影响时采用更精确的大气模型;然而由于在地球的重力模型中不考虑地球生命周期的衰减,因此模型是明显的简化了。它提供了较好的性能优势和较快的解析速度,用户输入轨道、卫星质量、地域和阻力系数后,程序将会按Jac
21、cchia1971大气模型来计算大气影响。另外,在计算轨道摄动时,生命周期考虑地球扁率、日月引力和太阳光压的影响。该模型是建立在NASA的Langley研究中心的运算法则基础之上。1.4.6 地形地形模块提供了全球精确的三维地形高度数据,从地球表面的任意点上对卫星的访问计算都可以通过地形模块开发的多维运算法则来完成。对于VO用户来说,地形模块提供了地球的真实地貌的三维描述和对卫星访问的影响。数据的精确度为30弧度秒/千米,在其压缩格式中,所有的数据要求400M的储存空间。然而,数据可以直接从CD-ROM上读出,这些数据最初是由美国地质局根据地球上的一系列资源编辑而成的,它们现在己被收入的STK
22、中。1.4.7 高分辨率地图该模块包含全球全面的、高分辨率地图数据。数据包括海岸线、河、湖和政治边界,其分辨率近似为1弧度秒或30米,在小的地理的区域上设想地面磁道和范围区域是理想的,其中合并了特殊的数据存取算法来支持局部性地图数据的快速可视化。数据从1995中央情报局RWDB2数据库中提取并且其存储量为200MB左右。它使用STK中的最佳性能来进行格式。Equation Chapter (Next) Section 12 创建第一个STK场景2.1 引言本章创建了一个STK场景(Scenario),其2D和3D视图见图2-1。图21 STK卫星仿真场景2.2 创建场景第一步,创建场景,具体操
23、作过程如下:(1)创建场景:从菜单项选择FileNew,或者从工具栏直接点击图标;(2)保存场景:菜单项选择FileSave,或者从工具栏直接点击图标。提示:创建单独的文件夹存放每个场景,文件夹的名字要相似于场景名字。这样可以防止意外覆盖之前的工作。这样就创建了一个新的场景,工作区间(workspace)会看到2D和3D视图。此时可以利用鼠标改变 3D视图中的视角:按住鼠标左键可以改变视角,按住右键可以对视图进行缩放。点击返回最初的视图。2.3 创建对象创建场景后,下一步需要创建对象(object)。2.3.1 创建地面站用户可以自己定义或者从数据库中创建地面站、发射场或者城镇的地理位置坐标。
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