STK用户手册

-1-第五部分STK用户手册第一章概述§1.0概述这个手册提供了SatelliteToolKit（STK）的基本用法和功能描述，STK是AGI共司开发的一套工具软件。本章内容本手册的适用对象1.1本手册的组织方式1.2本手册中的一些约定1.3STK的一些专业特征1.4AdvancedAnalysis1.4.1HighPrecisionOrbitPropagator(HPOP)1.4.2Lifetime1.4.3Terrain1.4.4HighResolutionMaps1.4.5一些附加的资源1.5§1.1本手册的适用对象本手册对于新学者或熟练的卫星系统分析者都是适用的。前者可能希望参考一下STKTutorial,以便于了解在一个组织环境中的系统。而后者可以参考这个手册中的Index和TableofContents来找到一些特殊的信息和指导。本手册假定你已经对你的计算机工作平台和操作系统有了一定的认识。对于STK如何工作的信息，请参考第二章和第三章或者回顾一下tutoriol。§1.2本手册的组织方式这个手册被分成18章和一些提供特殊功能的附加部分。-2-第一章：介绍本章包括每章的总体介绍并提供了一些附加资源的表格。第二章：用户界面本章包括STK用户界面的总体概述。它为完成STK中的基本功能提供了指导，这些功能包括：在一个Scenario中生成或操纵对象，定义打印机的设置，定义对象的属性和在STK中进行选择等等。第三章：地图窗口本章提供了STK中地图窗口的一个说明，包括地图属性，生成一个动画和其它的影响scenario图形演示的选项。第四章：STK的应用本章对于定义应用级的基本属性,设置IPC和在线参考都提供了指导。第五章：Scenarios本章解释了scenario作为一个对象和作为其它所有对象的一个集合的概念。它还提供了设置scenario的基本属性和图形属性的指导。第六章：卫星本章是STK中介绍不同类型工具的三章之第一章。它包括生成和定义卫星的指导。本章还提供了设置卫星的基本属性和图形属性以及卫星限制的指导。第七章：航天器，地面工具和飞船本章是STK中介绍不同类型工具的三章之第二章。它包括使用thegreatpropagater或外部文件生成和定义航天器，地面工具和飞船的指导。第八章：发射工具和导弹本章是STK中介绍不同类型工具的三章之昀后一章。它提供了使用thesimpleascentpropagator生成和保养以及使用发射工具，以及使用theballisticpropagator生成和保养导弹的指导。本章还讨论了发射工具和导弹的图形属性。第九章：设施和目标本章提供了为设施和目标设置基本属性和图形属性的指导，这些属性包括：位置，azimuth-elevationmask和attributes。可以附加在设施和目标上的限制也得到了回顾。第十章：面目标本章包括面目标的描述，以及设置一个面目标的基本属性和图形属性的指导。它指明了一个面目标的中心位置，边界以及它在地图窗口中的属性和附加的限制。第十一章：恒星和行星本章提供了在一个scenario中使用和定义行星和卫星的指导，它还包括行星和卫星的基本属性和图形属性。第十二章：传感器本章包括如何定义和指向一个传感器以及定义传感器的分辨率。同时也讨论了地图窗口中-3-的传感器的属性和附加的限制。第十三章：使用STK的工具本章是STK中描述不同工具的四章中的第一章。讨论的主题包括：计算通路，生成工具和传感器的扫瞄带，产生一个Walker星座，移动通路。第十四章：城市，设施，卫星和恒星的数据库本章是STK中描述不同工具的四章中的第二章。它指导我们如何使用四种数据库工具。这些工具对于在STK中快速查寻和插入对象是十分有用的。第十五章：报告和图表本章是STK中描述不同工具的四章中的第三章。它对于在STK中如何生成报告和图表给出了一个详细的总结。另外，它还指导我们如何修正已经存在的报告和图表的格式并生成新的格式。第十六章：自动演示和条状图表本章是STK中描述不同工具的四章中的昀后一章。它对于在STK中的自动演示和条状图表给出了一个详细的总结。另外，它还指导我们如何修正已经存在的自动演示和条状图表并生成新的形式。第十七章：使用帮本章不但对于STK的帮助菜单给出了一个概括，同时也指导了我们如何在AdobeAcrobatReader中阅读整个文本手册，并更新在线的数据文件。它还指导我们如何在STK中使用Licenses窗口。第十八章：Chains模块本章包括Chains模块的一些信息，具体为：theChain和Constellationobjects,reportsuniquetochains和其它。附录A:专用词汇表附录A给出了STK中常用的一些词汇。附录B:定义常规的传感器的模式附录B解释了如何定义并生成常规的传感器模式，并给出了几个例子。附录C:输入文件附录C提供了几种用户希望在STK中添加和生成的文件格式。附录D：HPOP的技术注释附录D提供了关于HPOP的一些附加的信息，包括方程和使用的模块。附录E:高分辨率地图的技术注释附录E提供了关于高分辨率地图的技术信息，包括等级数据以及有关的说明。-4-§1.3本手册中的一些约定◆Notes中包含一些对于读者很重要的信息，应该考虑。◆Hints可能包含一些捷径，它能使用户的工作变得更容易。◆Warnings中也包含着一些重要的信息，如果你不遵守它，可能会招致一些麻烦。§1.4STK的技术特征STK拥有一些其它软件所没有的技术特征和功能，由于这些功能深植于STK的应用程序中，因此它们在本手册中都有所体现。§1.4.1先进的分析模块(AAM)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。具体地说,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)姿态模拟与指向姿态模拟和指向的特征允许用户通过以下方法定义一个工具的姿态：a.使用十五个预先指定的文件之一；b.数字地集成了工具的物理质量矩阵torques操作；c.相对一个指定的目标定义它的取向。当计算地面站点可见性和连接存取时，这个姿态数据与传感器信息一起用来解决复杂的几何学。(2)检测器定义和限制检测器定义特征允许选择检测器的特征化类型和参数。这包括为光的传感器、万向传感器、非圆锥形检测器模式的定制和可视传感器特定参数的特征化。检测器约束特征支持多样并且复杂的集合检测器参数的存取限制。(3)天文动力学天文动力学特征提供了可选择轨道元素的设置和独特的分析功能的坐标系。(4)数据可视化数据可视化特征在基于地面信息的基础上提供了八个可选择的地图投影。另外,区域目标提供作为STK对象和被支持检测器的可视化工具。（5）数据管理数据管理特征包括3个数据输入/输出(I/O)便利功能。定制的报告允许用户精确分析那些指定的重要输出参数，这允许仅仅包含用户感兴趣的数据的更简明的报告。批处理选择允许用户预先规定一系列为某问题设定的重要参数空间。然后，这些文件按顺序自动地在为以后的-5-评估在数据文件存储结果的背景下被处理。昀后，提供了设备、城市和恒星的数据库。§1.4.2高精度轨道生成函数（HPOP）能为各式各样的地球卫星产生轨道的一个轨道生成器。它能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：◆点重力模型（JGM）2，一先进的70x70提供在一个未分类的地球中当前可得到的昀高的精确性的球形波潜在的模型。◆日/月点质量的重力影响，使用美国海军天文台的压缩星历书来预测日月的位置，该星历书的精确度在0.03弧度/秒内。◆大气阻力，利用考虑在太阳昀大紫外线流量中的突出和变化的HarrisAtmosphere大气模型来计算大气密度。大气模型考虑对大多数卫星使用的镜面反射，从这点出发能改变卫星的area-to-mass比率。◆光压，假设卫星为光滑的球体或完全的黑体，对于一上两者太阳光压具有相同的截面区域，因此用户不必规定卫星的特征◆春（秋）分点的运动◆章动◆自旋◆质心变化另外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。HPOP用Runge-Kutta-Fehlberg方法来综合运用运动方程得到超高精确度。§1.4.3长周期轨道预测器（LOP）LOP提供长周期卫星轨道的预测，这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，运用高精度来计算卫星轨道的长周期变化是不切实际的，LOP开发了“可变参数”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‘s喷射推进实验室的运算法则基础上的。§1.4.4生命周期生命周期是用来估计一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，在计算阻力影响时有一个更-6-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Jaccchia1971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。§1.4.5地形地形模块提供了全球的精确的三维地形高度数据，在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，这些模块也提供了高度信息。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，这些数据昀初是由美国地质局根据地球上的一系列资源编辑而成的，它们现在已被收入的STK中。§1.4.6高分辨率地图这个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中的昀佳性能来进行格式。§1.5附加资源用户将会发现下列资源对于开发和发展新技术时很有帮助的：1.航空学初级读本该读本对太空进行了稳固的描述,它包括历史背景(用通俗易懂的语言对太空概念进行了详细的描述)和一些概念的讨论。该读本适用于PDF格式。2.STK快速开始菜单STK的QuickStartGuide是用来使用户快速启动的，它包括安装指导和关于STK基本功能的介绍，它对于访问STK中的Help菜单是相当方便的。3.STK帮助文件在STK运行过程中，用户可以通过Help系统来寻找问题答案，这是包括STK特征和功能的方便系统——用户不必离开程序就可以找到答案。4.STK用户手册User’sManual提供了执行任务的详细信息和指导，适用于硬拷贝和PDF格式。-7-5.STK技术特征ProfessionalTutorial提供了STK的内核信息，这是学习STK基本知识的自然硬反馈，每部分的指导大约需要一小时才能完成，适用于硬拷贝和PDF格式。6.STK的常见问题FAQ’s提供了大约200个常见问题，如：图形的分析，所需数据库信息等。7.STK发布协议提供众所周知的限制和附加细节8.因特网资源关