STK用户手册

1第一章绪论本手册提供了SatelliteToolKit（STK）基本用法和功能描述，是由AGI公司开发的一系列卫星解析软件。使用用户本手册适用于卫星系统分析的新手和熟练的专家。STK的新用户应该先看STKTutorial，以熟悉整个系统。对于有经验的STK用户可以参考该手册中的Index和TableofContents章，学习特定的信息和介绍。假定你已经有了工作站和操作系统的知识。关于STK如何运作的知识，可以参考本手册的第二章和第三章，或者回顾以下STKTutorial。手册结构本手册是由18个章节和附录组成的：第一章为本书的概述，它包括每章的总结，并且提供了许多帮助信息；第二章对STK的用户界面进行了描述，并说明了如何进行一些基本操作，例如创建和操作场景中的对象、定义打印设置、定义目标属性等；第三章对STK的地图窗口进行了解析，包括地图属性，场景动画显示等；第四章说明了应用级协议的基本属性，设置IPC和在线帮助；第五章解释了scenario（场景）的概念；第六章包括创建和定义卫星的方法以及设置卫星的属性和约束的说明；第七章是关于如何运用圆弧预报函数和外部文件来创建和定义航天器、地面交通工具和船；第八章是讨论如何用简单的上升预报器来创建发射工具和用弹道方程来创建导弹；第九章是关于设置地面建筑或目标的属性的说明，另外还介绍了它们的约束；第十章描述了区域目标及其属性的设置，包括区域目标的基本的和图形的属性设置。它确定了区域目标的位置质心和边界，以及地图窗口中的属性，另外，还可以在上面加约束；第十一章是关于如何定义恒星和行星，以及它们的属性；第十二章提供了定义传感器的方法及其属性，并讨论了如何在传感器上加约束；第十三章则说明了STK中各种工具栏的用法，包括计算访问，产生传感器覆盖带，创建一个Walker星座、取消访问等；第十四章则指导用户如何运用STK中的四个数据库。这些工具在快速搜索和向STK插入对象时很重要；第十五章则对报告和图表进行了详细的描述，它对STK中的报告和图形特征进行了很好的总结。另外，它给出了如何修改现有的报告和图形类型，并且讲出如何创建新的；第十六章是关于动态演示和条形图表的概括，另外，它给出了如何修改现有的动态报告和图形类型，并且讲出如何创建新的；第十七章则指导用户如何用STK的帮助系统。并讲出了如何演示AdobeAcrobatReader形式的文本手册，以及寻求在线帮助。并给出了STK窗口授权密码的使用；第十八章是关于链式模块的信息。STK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2序中，因此它们在本手册中有所体现，主要有以下方面：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个区域提供先进的功能：姿态模拟和指向，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转矩操作；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结构问题。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评估在数据文件存储结果的背景被处理。最后，提供了设备、城市和恒星的数据库。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一个轨道生成器。它能产生从地球表面到月球轨道的等不同距离的圆、椭圆、抛物线和双曲线轨道。HPOP包括地球的主要摄动的所有的高精度模型：1)点引力模型（JGM）2一先进的70x70提供在一个地球中当前可得到的最高的精确性的球谐形波模型。2)日/月点质量的引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。3)大气阻力利用考虑在太阳最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面质比4)光压假设卫星为光滑的球体或完全的黑体，对于以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5)春（秋）分点的进动6)章动7)自旋8)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（GMI）、TAITDT和（ET）其中所有的输入和输出都用UTC来表示；TAI和TDT使用在内部来求取高精确度。HPOP用RKF（Runge-Kutta-Fehlberg）方法来综合运用运动方程得到超高精确度。3.长期轨道预测器（LOP）LOP提供长期卫星轨道的预测，这经常用于长期的设计任务、燃料的计算和寿命结束时3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时间步长，因此在保证相同的轨道参数的精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、面积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影响、声学的共振影响、日月引力和光压影响。该模型是建立在NASA的喷射推进实验室的运算法则基础上的。4.生命周期（寿命）生命周期是用来估计一低轨卫星在由于大气阻力而坠落前保持在轨的时间。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精确的大气模型；然而由于不考虑地球的引力模型中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、面积和阻力系数后，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。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，他们现在已被收入到STK中。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、湖和政治的边界，其分辨率为近似1弧秒或30米，在小的地理的区域上设想地面赤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数据库中提取并且要求其存储量为200MB左右。它使用STK中的最佳性能来进行格式的。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使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。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4FAQ’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.因特网资源关于AGI公司及其产品的最新信息9.AGIIn-ViewIn-View实施通讯包括最新问题的答案和各种不同解释，每年刷新三次。10.其它STK模块◆通信◆覆盖◆工序通信（IPC）◆精确轨道测定系统（PODS）◆Navigator◆GenericResource，Events&ActivityScheduler（GREAS）◆MissileFlightTool（MFT）5第二章用户界面无论是新用户还是有经验的卫星系统分析者都将会发现STK的用户界面使得分析工作变得容易的多。本章将使读者对STK的结构有一个整体的了解，同时也会将讲述两个基本窗口之一的浏览窗口，它可以使用户方便的创建、定义和更改对象的窗口。2.1开始和退出STK依次点击Start菜单、Programs、STK4.0、STK4.0Application就可以进入STK，STK中的StartUpWizarp使可用户快速方便的创建和加载程序。如果要退出STK，从Files中选择Exit，将会出现Confirm窗口，点击OK即可。2.2浏览器窗口浏览器窗口显示一种场景内所有类别的例子。为方便鉴别，设置每个类别的对象与一个图表联系起来；在浏览器窗口中，对象以分层窗口的形式出现。顶层是应用程序,其后是程序以及程序中包括的对象。类别的左边的“＋”、“－”号表示用户可以对所选项目的对象树中的子对象进行隐藏或查看。在浏览器窗口的下部是STK中代表对象类别的一组图标。为了创建一个新对象，可以点击浏览窗口左部的相应图标，然后可在上方窗口为对象重命名。浏览器窗口使用户可以操作正在显示的对象。当对象的名字被点击后，该对象便被选中。在窗口的顶部是五个下拉菜单：Files、Properties、Tools、Windows和Help。在以后章节中将会对五个窗口分别进行介绍。浏览窗口和单个属性窗口中的Help是相同的，如果不能对某选项所选对象操作，该选项在下拉菜单中用灰色表示。6对象菜单浏览窗口左边或下部(可由用户自行调整)是一系列的STK图标,如果是用户附加的模块，如：Chains或Comm，将会出现附加图标。场景发射运输器航空器地面站导弹行星目标船只恒星区域目标地面运输器传感器卫星2.3开始和结束场景从Files菜单中选择Open，打开已经存在的包括所有对象和及其属性的场景。当浏览窗口中出现正文和数据时就可以运行STK了，此时也会出现地图窗口。为了在不退出STK的条件下关闭场景，点击浏览窗口中的场景，选择Files菜单中的Close，此时只有地图窗口消失，然后用户就可以打开或创建新的场景。2.4信息窗口当开始STK时，将会出现一闪即逝的信息窗口，该窗口将会显示不同的错误信息和不同的地图投影信息。如果申请，该窗口还会显示IPC信息。在该窗口可以显示两个对象之间的测量距离或进行对象鉴别。当用户执行显示数据的时候，STK将会自动在窗口出现。用户不能关闭信息窗口，而只能将其最小化。2.5创建新对象为了在当前场景中创建新对象，在浏览窗口中点击场景及位于窗口下部相应的图标。当浏览窗口中出现新对象的名字后