《基于stk的轨道设计与仿真指导书_修订版_2007-11-19》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于stk的轨道设计与仿真指导书_修订版_2007-11-19（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 基于 STK 的航天器轨道仿真与设计 课程设计指导书 北京航空航天大学宇航学院 二七年十月 目 录 1 教学目标.1 2 教学内容.1 3 课程设计的相关背景知识.1 3.1 STK软件简介.1 3.2 STK基本操作.4 3.2.1 STK操作示例 1：生成卫星轨道 .4 3.2.2 STK操作示例 2：太阳同步轨道 .9 3.2.3 STK操作示例 3：使用遥感器 .13 3.2.4 STK基本操作练习及要求 .17 3.3 STK/Connect模块编写简单的轨道设计与仿真软件.18 3.3.1 Visual C+ .18 3.3.2 STK/Connect模块.19 3.3.3 ST
2、K/Connect实例.20 3.3.4 STK/Connect练习及要求.23 3.4 基于STK/VO的三维建模 .23 3.4.1 STK/VO模块简介 .23 3.4.2 STK/VO实例 .24 3.4.3 STK/VO练习及要求 .27 4 课程设计内容.27 5 课程设计报告.28 6 考核方式.28 附：课程设计报告范例.29 1 教学目标教学目标 本课程设计训练，要求学生学习基于 Satellite Tool Kit（以下简称 STK）软件的轨道动力学仿真与设计的基本理论与方法，学会根据设计要求开展设计工作，并能联系实际深入掌握本专业的理论知识，从而使学生具备从事科学技术研究
3、的基本技能。 2 教学内容教学内容 STK 软件是面向航空航天相关领域的任务分析与轨道设计与仿真可视化软件，是航天器总体设计与轨道动力学相关专业工作人员必须掌握的工具软件之一。 本教学环节要求学生了解基于 STK 软件的航天器轨道仿真与设计的基本过程，设计一个基于 STK 的轨道仿真与设计程序框架，完成相关的代码编写，并最终完成课程设计报告。 具体的任务包括： ? 熟悉 STK 软件的基本功能，仿真一个著名的空间飞行任务； ? 利用 STK 软件的 Connect 模块编写简单的轨道设计与仿真程序 ? 利用 STK 模型描述语言构建一个简单的航天器三维模型 ? 编写课程设计报告 3 课程设计的
4、相关背景知识课程设计的相关背景知识 3.1 STK 软件简介软件简介 STK的全称是Satellite Tool Kit（卫星工具箱），由美国Analytical Graphics公司开发出品。该软件于1989年上市，是目前世界第一大航天桌面软件，已应用于美国空军、美国国防部、欧洲空间局、波音公司、斯坦福大学等机构，成为航天工业领域公认的领先的商品化分析软件。STK可以快速方便地分析复杂1的陆、海、空、天任务，并提供易于理解的图表和文本形式的分析结果，确定最佳解决方案。它支持航天任务周期的全过程，包括政策、概念、需求、设计、制造、测试、发射、运行和应用。 STK提供分析引擎用于计算数据、并可显
5、示多种形式的二维地图，显示卫星和其它对象如运载火箭、地面车辆、目标等。STK的核心能力是产生位置和姿态数据、获取时间、遥感器覆盖分析。STK专业版扩展了STK的基本分析能力，增加了轨道预报算法、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、城市、地面站和恒星数据库。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、实时操作等问题。另外，STK还有三维可视化模块，为STK和其它附加模块提供三维显示环境，使人们能直观了解复杂的飞行任务和轨道特性。 STK的基本功能包括： ? 分析能力以复杂的数学算法迅速准确地计算出卫星
6、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； ? 生成轨道/弹道星历表STK 包含复杂的数学算法，可以快速而准确地确定卫星在任意时刻的位置。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：地球同步、临界倾角、太阳同步、Molniya、重复轨道等等。 ? 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； ? 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
7、的变化动态地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)； ? 姿态分析STK提供标准姿态定义，可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它参数的影响提供多种分析手段； 2? 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/行星位置，可将结果保存为BMP位图或AVI动画； ? 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
8、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。 STK专业版为航天领域的专家提供了高级航天分析工具，如附加数据库、轨道预报、 姿态调整、 坐标类型和坐标系以及遥感器的定义， 极大的扩展了STK的基本功能。 STK专业版的功能主要包括： ? 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； ? 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； ? 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
9、、双曲线轨道，有效范围从地球表面直到月球； ? 长期轨道预报(LOP) 精确预报数月或数年的卫星轨道； ? 寿命工具(Lifetime) 评估低轨卫星在轨保持圈数； ? 区域目标可定义多边形区域，用于地面区域链路计算； ? 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； ? 姿态仿真和指向定义飞行器姿态，包括19种姿态定义； ? 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。 33.2 STK 基本操作基本操作 3.2.13.2.1 STK 操作示例操作示例 1：生成卫星轨道：生成卫星轨道 ? 新建一个场景 1. 在浏览窗口，新建场景(Scenario)并将其命名为Kepler，场景建立后将显示地图窗口。 2.选中浏览窗口中的场景对象，然后选择Properties菜单中的Basic选项。 3. 在Time Period栏，使用如下设置： 区域 值 Start Time 1 Jan 2001 00:00:0
