利用該軟件可以快速方便地分析複雜的陸地、海洋、航空及航天任務。它提供了逼真的二、三維可視化動態場景以及精確的圖表、報告等多種分析結果,輔助確定最佳解決方案。在航天飛行實驗任務的係統分析、測試發射以及在軌運行等各個環節中得到廣泛應用,對衛星的各種性能仿真提供了極大的便利[2]。
STK還為用戶提供了強大的二次開發接口服務,主要有兩種:一是STK/Connect模塊方式[3],該模塊能夠使用戶在客戶/服務器環境下與STK連接,利用TCP/IP或UNTX Domain Sockets實現與STK之間的數據傳輸;二是STKX組件方式[4],從6.0版本開始,STK以ActiveX控件形式為二次開發用戶提供了一套COM組件,它允許開發人員將STK仿真環境和數據分析引擎無縫地集成到開發的應用程序中。
3 STK在測控係統概論教學中的應用
下麵以幾個典型例子介紹STK在測控係統概論課程教學中的應用。
坐標係模擬 測控係統最基本任務是確定飛行器在空間的位置,位置的描述是通過坐標係來實現,而實際應用中又有測量坐標係、發射坐標係、大地坐標係、天球坐標係、飛行器本體坐標係等。因此,在測控任務中會根據對象的不同而采用不同的坐標係統。一般來說,這些概念比較抽象、枯燥,在講解時學員對這些概念很難有直觀印象,理解起來也比較困難。
而STK提供了常用的坐標類型(如地理坐標、球坐標、直角坐標等)和坐標係(如Fixed、J2000、B1950、TEME of Epoch、TEME of Data等),還提供了建立自定義坐標係的功能,方便用戶實現個性需求。在利用STK進行坐標係可視化顯示時,先設置顯示東、西、南、北和太陽方向矢量,然後隻需要在對象的3D Graphics的vector中選擇要顯示的坐標係,即可在三維界麵中看到坐標係顯示效果及坐標軸的指向與東、西、南、北和太陽方向矢量的關係。
航天器軌道、姿態演化過程摸擬 課程教學中對航天器在軌運動演化模擬主要包括位置和姿態的模擬。STK包含複雜的數學算法,可以快速而準確地確定衛星在任意時刻的位置。STK為航天器軌道演化模擬提供了多達11種類型的軌道預報器,分別是TwoBody、J2Perturbation、J4Perturbation、HPOP、SGP4、LOP、StkExternal、PODS、SPICE、Astrogator、RealTime[5]。前九種主要用於非實時數據的軌道設置;Astrogator主要用於航天器機動模擬;RealTime主要用於外部實時數據驅動衛星運動,常用於開發衛星在軌運行仿真係統。這些軌道預報器能夠模擬考慮不同攝動影響下航天器在軌運行演化情況,使用人員隻需要進行簡單的設置即可實現。圖2所示為初始位置相同的兩顆航天器分別采用TwoBody、J4Perturbation預報器運行一段時間後位置差異效果。
此外,STK提供了常見軌道類型航天器軌道生成向導,指引用戶建立常見的軌道類型如地球同步軌道、太陽同步軌道等。另外,STK也提供了Standard、Real Time、Multi Segment三種姿態定義選項,其中Standard又提供了24種選項,為計算姿態運動對其他參數的影響提供多種分析手段。通過簡單的設置,STK即可產生航天器在軌運行信息(包括位置、速度、姿態、鏈路信息等),完全能夠滿足教學要求。
航天測控站模擬 航天測控站模擬主要是模擬測控站(船)類別的運動特征以及測控設備(雷達、USB、光學設備)的跟蹤能力和性能。