STK Satellite全属性配置教程

STK Satellite全属性配置教程 

来源 https://zhuanlan.zhihu.com/p/554947207

 

Objects就是STK中的对象。STK之所以功能强大，就是因为支持非常多的对象以及可以精细化配置。本节先讲Satellite插入及全属性的详细配置，后面介绍其他常用的对象。主要三个方面，内容如下。

3.1 Objects分类

Objects分2类。一类是Scenario Objects场景对象，一类是attached objects附属对象。有什么区别呢？场景对象是直接可以在场景中添加的。而attached objects是附属在场景对象上的，举个例子，在STK场景里可以直接插入satellite，而插入sensor时，首先要选取一个已定的objects，Sensor不能独立存在。

3.2 Objects 插入方式

主要是6种通用方式。

3.2.1From Standard Object Database

通过标准库添加，在左侧可以输入卫星ID或轨道信息可以从库中筛选出卫星。例如输入卫星ID：50538。如图所示（因为分辨率问题，左侧筛选项未显示全）。

3.2.2 Orbit Wizard

在轨道向导里可以配置轨道类型Circular圆轨道、Geosynchronous 地球同步轨道等等。Inclination倾角、Altitude高度、RAAN升交点赤经。

3.2.3 From Satellite File

在其他场景中已经建立了satellite文件，后缀为.sa，可以直接插入场景。

3.2.4 From STK data federate

从STK的官方服务器上插入，基本用不上。

3.2.5 Insert default

点击后按卫星的默认配置插入场景。

3.2.6 Define properties

通过配置卫星的轨道参数插入。

3.3卫星属性配置

3.3.1 Basic

3.3.1.1 Orbits

轨道配置里首先是轨道推动器，决定了如何外推计算卫星的轨道，有多个模型，支持用户配置。

【two body】模型只考虑了2个天体之间的点质量效应。

【J2】【J4】考虑了全重力场，没有模拟大气阻力、太阳辐射压力或第三体引力，适用于建模“理想”维护轨道。J2用于短周期：以周为单位推算卫星轨道。J4用于长周期，以月或年为单位。

【SGP4】为简化的一般的卫星摄动模型。使用了轨道双根数，就是常说的TLE。它使用阻力模型考虑了地球扁率、太阳和月球引力效应、引力共振效应和轨道衰变引起的长期和周期性变化。TLE中包含的信息用于SGP4模型轨道计算。TLE可以在网上下载。SGP4使用TLE生成的星历通常在几天内有效。

【GPS】是GPS接收机使用的卫星轨道模型。

【HPOP】为高精度轨道外推。使用了运动微分方程，分析中包括了几种不同的力的建模效果，包括全重力场模型、第三体重力、大气阻力和太阳辐射压力。由于用户可以使用许多参数设置，几乎可以为任何卫星指定精确的力模型环境模型，从而生成高精度的轨道星历。HPOP可以处理围绕任何中心天体的圆形、椭圆形、抛物线形和双曲线轨道，距离范围从地球的低层大气到月球和更远的地方。【Astrogator】用于轨道机动和航天器轨道设计的专门分析模块。通过执行任务控制序列（MCS）来计算卫星的星历，MCS是用户根据任务要求定义的。Astrogator提供了模拟脉冲、有限机动以及高经度轨道外推的能力。利用组件浏览器，可以定义和自定义发动机模型、力模型、传播器、中心体、大气模型以及空间任务分析场景的其他元素。【StkExternal】可以直接从文件中导入多种格式的星历。以.e扩展名结尾，STK二进制星历文件的扩展名以.be结尾，CCSDS格式文件的扩展号以.oem结尾，ITC格式文件以ITC扩展名结尾。

【SPICE】由喷气推进实验室（JPL）维护的SPICE工具包创建的星历文件，后缀.bsp扩展名。

【SP3】读取后缀.SP3文件，为精确的GPS轨道。

【11参数】使用国际通信卫星组织地球站标准中11个参数文件对地球静止卫星进行建模。

【LOP】长期轨道预测器可以准确预测卫星在数月或数年内的轨道运动。LOP传播子使用与两体J2和J4传播子相同的轨道元素。对于使用LOP传播器的卫星，可能无法定义access、一些报告分析以及矢量几何计算组件。

3.3.1.2 Attitude

姿态页面提供了三种不同的方式来定义卫星的姿态剖面。

【Standard】下【type】提供一些预定义的姿态剖面，可供设置，更改卫星姿态。

 

【target pointing】定义一个指向后，在指向期间，使用指向的姿态覆盖卫星的基本姿态。

比如设置了指向Satellite2，在指向satellite2的时段内，就是指向姿态。

【precomputed】使用外部文件定义姿态。【实时】如果用户拥有STK集成许可证，可以通过Connect使用近实时姿态数据创建姿态剖面。【多段】用于设置多个姿态剖面的复杂序列。

3.3.1.3 Pass break

【pass break】【与 2D graphics 和3D graphics 的pass为对应的显示设置】定义了卫星轨道的分界。通常情况当一颗卫星穿过惯性坐标系下的赤道面向北移动时，一个新的轨道开始。【pass break】定义为卫星在ECF或ECI坐标系中穿过指定纬度边界的时间。当卫星穿过指定纬度时，可以通过选择运动方向【Direction】（上升或下降）来定义【pass break】。

【pass break】的默认定义是轨道上升侧（上升节点）惯性系中的0度纬度。【pass break】定义是卫星系统用于描述各种周期性数据的约定。

在【2D graphics】【pass】显示卫星的地面轨迹。例如设置 latitude为10°，在2D graphics pass中勾选show pass label，可以看到pass的变化。意思是从卫星上穿10度纬线时，pass记录为第2圈，此为轨道的起点。

【pass numbering】控制pass break的计数方式。【use propagator pass data】只适用tle星历。【导入一颗TLE星历，可以看到use propagator pass data 的数据】

【Repeat Ground Track Numbering】控制的是path的重复数。【设置revs to repeat 为3，在2D graphics pass中勾选show path label，可看到变化】即path到3时，又从1开始重复计数。

【2D graphics】【pass】【lead】意思是向前移动其星历跨度的一半。默认【one pass】显示到第一个pass break，在pass break之后，显示下一个。

【lead】type对应的含义如下图所示。One pass是一个轨道（可以理解为一个圈），Full是半圈，half为1/4圈。

若勾选ALL，则显示全部轨道轨迹。

【Orbit track】同理，用于在3D窗口中显示轨道

在【3D graphics】【pass】可以设置轨道上的标记【Tick marks】

3.3.1.4 Mass

【mass】定义卫星的惯性矩阵及其质量。

3.3.1.5 Eclipse bodies

【eclipse bodies】定义用于照明计算的遮住光线的中心球体列表。

3.3.1.6 Reference

【reference】在编队飞行情况下选择参考卫星。

3.3.1.7 Ground ellipses

【ground ellipses】通过“地面椭圆”页面，可以在卫星路线上或地面固定位置添加任意数量的椭圆。在【2d graphics ground ellipses配置颜色等。】

3.3.1.8 SEET Environment

【SEET Environment】设置影响地球磁场模型的参数，以及卫星、导弹等穿越南大西洋异常（SAA）时的进出时间和磁通量大小，南大西洋异常区域是一个电离辐射浓度增强的空间区域。在几个地球半径之外，太阳风与地球磁层相互作用使地球磁场越来越扭曲，因此，总磁场主要建模为偶极子主场模型和外部（磁层）场模型。

【操作显示2D seet environment】可显示卫星磁场轮廓线、南大西洋异常（SAA）的轮廓，400-1700km。

3.3.1.9 SEET thermal

【SEET thermal】该模型使用热平衡方程计算卫星、导弹或运载火箭由于太阳直接辐射和反射地球辐射而产生的平均温度。影响空间飞行器的三个主要热源是来自太阳的直接热能、来自地球反射的太阳光的能量（反照率）和由于地球温度而从地球发射的红外能量。

3.3.1.10 SEET particle flux

【SEET particle flux】粒子通量模块估计在特定时间段内沿轨道撞击卫星的流星和轨道碎片粒子的总质量分布。它还可以计算这些粒子在用户指定的卫星表面损伤阈值以上的质量分布。粒子撞击模块由流星环境模型和碎片环境模型组成。根据多年的一般碎片观测（天基和地基），得出每年平均的碎片粒子通量值。碎片环境模型计算仅适用于平均高度在300至2250公里之间的航天器。流星环境模型基于一个参数化的年度流星雨的数据库，该数据库来自两个半球的十年观测表。算法将流星雨观测率转化为相应的质量通量率。可用于确定能够对用户指定的卫星表面造成损害的粒子通量的量值。

3.3.1.11 Seet Radiation

【seet Radiation】设置计算高能电子和质子通量情况。

3.3.1.12 SEET GCR

【SEET GCR】提供了三种不同的模型选项，都计算了地球磁层外自由空间中的粒子通量。因此，这些模型仅适用于地球同步轨道或更远的轨道。GCR的输出目前仅由报告和图形组成，没有2D或3D图形。

3.3.1.13 SEET SEP

【SEET SEP】计算太阳高能粒子模块。

3.3.1.14 Description

【description】用户添加描述。

3.3.2 2D Graphics

3.3.2.1 Attributes

【attributes】定义卫星的颜色、线条样式和其他图形特征，并选择是继承还是替代在场景级别定义的全局属性。

3.3.2.2 Time Event

【time event】在二维图形窗口中显示文本、标记或线，以指示卫星地面轨迹上特定时间发生的事件。

3.3.2.3 Pass

控制显示2D窗口中卫星pass，参照3.3.1.3【Pass break】。

3.3.2.4 Contours

【contours】地面仰角等高线，即在同一圈上的仰角相同。

【3D contours】【elevation contours】与2D类似。

3.3.2.5 Range

【range】距离线。对于等距离圈上的点，它和卫星同样高度时，距离卫星为相应距离。

【3D range】

【boundary】将对象的边界显示为从下边缘高度延伸到上边缘高度。

3.3.2.6 Lighting

【lighting】在二维图形窗口中要显示的照明条件。【Show Sunlight/ Penumbra Boundary at Vehicle Altitude】当前高度处绘制阳光区域和半影区域之间的分界线。同理，绘制半影和本影区分界线。【Show Solar Specular Reflection Point】地球表面上的太阳镜面反射点将绘制为白色*。太阳镜面反射点是指向卫星的方向是来自视太阳方向的完美反射的点。该点仅存在于卫星被太阳照亮的期间。

3.3.2.7 Swath

【swath】卫星的刈幅，卫星扫过的条带。【Ground Elevation/Ground Elevation Envelope】是地面仰角。【Vehicle half angle/Vehicle half angle Envelope】是卫星的半圆锥角。【Swath Half width】是半刈幅宽度。

选择Ground Elevation，设置为10度。

3.3.2.8 Ground ellipses

配置3.3.1.7【Ground ellipses】中设置的椭圆的属性。

3.3.2.9 Seet environment

显示3.3.1.8【Seet environment】设置的卫星磁场轮廓线、南大西洋异常区（SAA）的轮廓。

3.3.2.10 RCS

【RCS】用于显示RCS值等高线。

3.3.3 3D graphics

3.3.3.1 Pass

控制显示3D窗口中卫星pass，参照3.3.1.3【Pass break】、3.3.2.3【Pass】。

3.3.3.2 Orbit system

在各种坐标系中显示卫星的轨道。【persist】即使动画时间超出存在星历的时间，也会显示轨迹。

3.3.3.3 Attitude sphere

显示姿态球。勾选后，右键卫星，Zoom to，到卫星视角，可以看到姿态球。

3.3.3.4 Vectors

【vectors】控制与卫星相关的矢量和其他几何元素的显示。包括Angles、axes、points、vectors、planes。

比如勾选日月角。

勾选Body Axes。

新建一个point。

选择以卫星1为中心，在卫星坐标系X，Y，Z=（30,30,30）处添加一个point。

显示如下。

勾选一个向量。

勾选一个平面。

3.3.3.4 Proximity

【proximity】控制卫星在3D图形窗口中的位置。【Area of Uncertainty

】勾选会在3D窗口显示相应的3D图形，用于描述卫星位置的不确定性。

【geostationary box】定义为以固定经度为中心的平面矩形。

3.3.3.5 Drop lines

【drop lines】定义卫星轨道（卫星遵循的实际路径）和中心体之间的线的显示。【from current vehicle position】指定放置线的结束位置。Drop lines可以在平均海平面（MSL）、地形和/或中心体的参考椭球体（WGS84）处结束。

【From Orbit】从整个轨道画Drop lines。

3.3.3.6 Covariance

【covariance】定义三维椭球的图形显示。

3.3.3.7 B-Plane

【B-plane】控制卫星B平面的显示。

3.3.3.8 Model

【model】控制卫星模型及其组件。

【articulation】点击【View】，在【SolarArrays】控制太阳能板。

在【Adeos】中控制模型位于轨道的xyz轴的偏移量。

【detail thresholds】【all】显示模型、标签和矢量、姿态球和地球静止框中最精细细节的最大观察距离，其他类似。

3.3.3.9 Offsets

【rotational offset】模型的旋转。【label offset】标签的位置。

【translational offset】模型平移的偏移量。

3.3.3.10 Contours

在3D窗口显示等高线，与3.3.2.4【Contours】类似。

3.3.3.11 Range

在3D窗口显示距离线，与3.3.2.5【Range】类似。

3.3.3.12 Model Pointing

【model pointing】将卫星模型的某些部分指向目标，如太阳或地球。控制太阳能板指向。

3.3.3.13 Data display

【data display】在三维图形窗口中显示卫星的动态数据。

3.3.3.14 Vapor trail

【vapor trail】向卫星添加蒸汽轨迹。【puffs】数值越大，蒸汽轨迹越长。

3.3.3.15 RCS

【RCS】用于显示RCS值等高线。

3.3.4 Constraints

从卫星到另一个物体施加各种标准约束（方位角和仰角和速率、距离和距离速率、传播延迟等），用于access计算。

【line of sight】如果选中此选项，则对对象的访问仅限于不受地面阻碍的视线。对于卫星来说就是空间可视。

对于地面的objects，就是地平线约束。

【sun】基于太阳和月球的位置，对卫星施加各种访问限制。

【temporal】施加基于时间的访问约束。

【advanced】施加若干高级访问限制（掠射角和高度、多普勒锥角、太阳β角等）。

【zones】施加基于空间区域的访问约束。使用包含区和排除区定义允许或不允许访问的区域。

【targeting】目标指向关系的约束。

【vector】施加基于向量或角度的约束。

【special】根据地球静止带排除、地平线以上高度、地形掠射角和排除其他场景对象，定义了特殊访问限制。

【search/track】对雷达主信道下搜索/跟踪的相关属性进行约束，包括了信噪比，多普勒等参数。

【ST w/Jamming.】干扰情况下的ST。信干比等等。

【ST Orthopol】对雷达的正交极化信道的相关属性进行约束。

【ST Orthopol Jamming】干扰情况下对雷达的正交极化信道的相关属性进行约束。

【plugins】STK已经提供了许多访问约束，可用于对象之间的access计算。然而，一些特殊的access需求，无法使用现有的访问限制进行配置。访问约束插件脚本提供了一种将这些非通用的自定义约束直接添加到可见性计算中的方法。access constraint插件脚本功能设计为约束功能的扩展，可在其他编程语言例如MATLAB中创建。

【SEET】根据空间环境的影响（如碎片通量、温度、磁场等），施加约束。

3.3.5 RF

【RF】主要配置的是雷达相关的参数。【RCS】设置卫星的（RCS）参数。与场景里的RCS设置相同。

【radar clutter】雷达杂波为从雷达关注目标以外的物理对象（如地面、海洋、鸟类等）产生的不需要的背向散射信号或回波。杂波的存在，给雷达系统对目标的检测造成困难。【Radar Clutter】由用户配置杂波系数。

3.3.6 DIS

【DIS】Distributed Interactive Simulation (DIS)分布式交互仿真（DIS）用于读取DIS数据流。

 

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