本书是一本入门级的STK学习教材,是在《掌握与精通STK》的基础上,重点对STK 在航天领域中应用较为广泛的专业模块进行整理归纳,涵盖卫星专业分析工具、轨道机动与轨道设计模块、覆盖分析模块、关联分析模块、光电红外模块、雷达模块、导弹任务分析工具、太空环境及其效应模块、任务规划模块、轨道确定模块共10个模块。
本书既可供从事航天任务仿真的工程技术人员和科研人员使用,也可作为高等院校航天、导弹系统建模与仿真等相关专业的高年级本科生、研究生的教材。
随着STK功能的不断扩展,STK的应用领域也由最初的卫星领域扩展到陆、海、空、天、电各个领域,其名称也由“卫星工具箱”更改为“系统工具箱”。STK 以其精确的分析结果、丰富的数据报告、逼真的场景显示、快速的任务分析赢得了各领域专家的认可,成为航天及其相关领域最具影响力的软件之一。
《掌握与精通STK(专业篇)》是在《掌握与精通STK》的基础上,重点对STK在导弹、航天领域应用较为广泛的专业模块进行整理归纳,涵盖卫星专业分析工具、轨道机动与轨道设计模块、覆盖分析模块、关联分析模块、光电红外模块、雷达模块、导弹任务分析工具、太空环境及其效应模块、任务规划模块、轨道确定模块共10个模块。通过这些专业应用模块的学习,再结合《掌握与精通STK》中关于对象的基本属性、二维属性、三维属性、约束属性、报告图表以及外部文件等基础内容的学习,基本可以掌握STK的使用。
全书共分10章,第1章主要介绍卫星的专业分析工具,包括高保真预报器、姿态分析和各种卫星工具等;第2章主要介绍卫星轨道机动与轨道设计Astrogator模块的功能;第3章主要介绍覆盖分析Coverage模块,覆盖分析模块广泛应用于航天侦察、卫星导航等领域的覆盖性能分析;第4章主要介绍关联分析工具CAT,包括接近分析、激光照射安全分析、发射窗口安全分析等;第5章主要介绍光电红外EOIR模块,从光学特性对目标的光电红外特性进行仿真;第6章主要介绍雷达Radar模块,从信号层对雷达系统进行仿真,包括雷达系统、工作模式相控阵雷达、多功能雷达等;第7章主要介绍专业的导弹分析工具MMT,包括导弹设计工具、导弹飞行工具、拦截分析工具等;第8章主要介绍太空环境及其效应分析工具SEET,分析太空环境及其对航天器的影响;第9章主要介绍任务规划Scheduler模块,该模块可用于太空目标观测任务规划、航天侦察任务规划等;第10章主要介绍ODTK轨道确定模块,包括测量数据的生成、初轨的确定、轨道的改进与优化等功能。
卢旺、陶雪峰、冯飞、周海俊等参与了部分书稿的编写和校对工作,为书稿的最终完成做出了重要的贡献,在此致以衷心的感谢!
希望借助本书,读者可以快速了解和掌握STK 在多个专业仿真领域的特点和使用操作。由于编者水平有限,书中不妥之处,希望同行专家和读者提出宝贵意见,我们将不胜感激!
作 者
2020年10月
第1章 卫星专业分析工具(STK/SatPro) 1
1.1 轨道预报器 2
1.1.1 高精度轨道预报器 2
1.1.2 长期轨道预报器 3
1.1.3 SP3预报器 3
1.2 姿态增强工具 5
1.2.1 姿态分析 5
1.2.2 姿态文件 10
1.2.3 姿态模拟器 10
1.3 卫星工程工具 12
1.3.1 TLE生成工具 12
1.3.2 B Plane模板工具 13
1.3.3 寿命计算工具 15
1.3.4 太阳帆板工具 17
1.3.5 Model面积工具 19
1.3.6 Walker星座工具 19
第2章 轨道机动与轨道设计模块(STK/Astrogator) 22
2.1 任务控制序列 22
2.2 任务控制序列基本段 25
2.2.1 初始状态段 25
2.2.2 发射段 27
2.2.3 伴随段 29
2.2.4 机动段 30
2.2.5 预报段 35
2.2.6 保持段 36
2.2.7 序列段 37
2.2.8 反向序列段 38
2.2.9 目标序列段 39
2.2.10 更新段 40
2.2.11 返回段 41
2.2.12 停止段 41
2.3 Astrogator组件 41
2.3.1 计算对象组件 41
2.3.2 停止条件组件 42
2.4 Astrogator报告 43
第3章 覆盖分析模块(STK/Coverage) 44
3.1 覆盖定义 45
3.1.1 覆盖网格 45
3.1.2 覆盖资源 49
3.1.3 时间区间 50
3.1.4 高级特性 50
3.2 覆盖品质参数 52
3.2.1 简单覆盖 53
3.2.2 覆盖重数 53
3.2.3 覆盖时间 54
3.2.4 重访时间 55
3.2.5 访问时长 56
3.2.6 访问次数 57
3.2.7 访问分隔时长 58
3.2.8 覆盖间隙数 59
3.2.9 时间平均间隔 60
3.2.10 响应时间 61
3.2.11 访问约束 62
3.2.12 导航精度因子 63
3.2.13 导航精度 65
3.3 覆盖图形属性 66
3.3.1 覆盖定义二维属性 67
3.3.2 覆盖定义三维属性 68
3.3.3 覆盖品质参数二维动态属性 68
3.3.4 覆盖品质参数二维静态属性 70
3.3.5 覆盖品质参数三维静态属性 70
3.4 方位覆盖分析 71
3.4.1 方位覆盖 71
3.4.2 方位覆盖品质参数 72
3.5 覆盖网格检查工具 74
3.6 单对象覆盖分析 75
第4章 关联分析模块(STK/CAT) 77
4.1 接近分析工具(CAT) 77
4.1.1 接近分析界面 78
4.1.2 接近分析时段 78
4.1.3 接近分析门限 78
4.1.4 接近分析高级选项 78
4.1.5 接近分析计算 81
4.1.6 接近分析报告 81
4.2 高级接近分析工具(AdvCAT) 81
4.2.1 定义威胁椭球 82
4.2.2 高级接近分析界面 82
4.2.3 定义椭球体尺寸类型 84
4.2.4 高级选项 86
4.2.5 AdvCAT三维显示 87
4.3 激光接近分析工具(LaserCAT) 89
4.3.1 安全角定义 89
4.3.2 激光接近分析属性 89
4.4 发射窗口分析工具 91
4.4.1 发射窗口分析界面 91
4.4.2 高级选项 93
4.4.3 图形显示选项 94
第5章 光电红外模块(STK/EOIR) 96
5.1 STK/EOIR概述 96
5.2 EOIR属性 98
5.2.1 EOIR工具栏 98
5.2.2 EOIR配置界面 99
5.2.3 EOIR大气模型 100
5.2.4 EOIR传感器选项 101
5.2.5 导弹形状 106
5.2.6 导弹级属性 108
5.2.7 目标形状 109
5.2.8 材质类型 110
5.2.9 合成场景生成 110
5.2.10 合成场景生成器 111
5.2.11 EOIR约束属性 111
5.2.12 外部文件格式 112
第6章 雷达模块(STK/Radar) 113
6.1 雷达系统 113
6.1.1 单基地雷达 114
6.1.2 双基地雷达接收机 115
6.1.3 双基地雷达发射机 116
6.1.4 多功能雷达 117
6.2 雷达工作模式 120
6.2.1 搜索/跟踪雷达 120
6.2.2 合成孔径雷达 124
6.3 雷达天线类型 126
6.3.1 天线模型 126
6.3.2 极 化 126
6.3.3 天线定向方法 130
6.3.4 多波束天线 132
6.3.5 相对位置偏移 132
6.4 雷达发射机 133
6.4.1 发射机参数 133
6.4.2 射频滤波器 133
6.4.3 极 化 133
6.4.4 附加增益与损耗 133
6.5 雷达接收机 133
6.5.1 接收机参数 133
6.5.2 射频滤波器 134
6.5.3 极 化 134
6.5.4 系统噪声温度 134
6.5.5 STC衰减 135
6.5.6 预增益与损耗 136
6.6 雷达干扰 136
6.7 雷达杂波 137
第7章 导弹任务分析工具(STK/MMT) 139
7.1 导弹设计工具(MDT) 139
7.1.1 MDT界面 140
7.1.2 MDT导弹编辑工具 151
7.1.3 MDT导入与导出 169
7.1.4 MDT仿真实例 172
7.2 导弹飞行工具(MFT) 178
7.2.1 MFT界面 179
7.2.2 导弹数据库 188
7.2.3 命令行运行MFT 193
7.2.4 MFT仿真实例 195
7.3 拦截飞行工具(IFT) 199
7.3.1 IFT界面 199
7.3.2 IFT工具 203
7.3.3 IFT仿真实例 210
7.4 导弹转换工具(MCT) 225
7.4.1 MCT界面 225
7.4.2 命令行运行MCT 231
第8章 太空环境及其效应模块(STK/SEET) 233
8.1 SEET模块概述 233
8.2 SEET场景属性 234
8.2.1 基本属性 234
8.2.2 地磁场显示属性 236
8.3 SEET对象属性 238
8.3.1 环境模型 238
8.3.2 热模型 239
8.3.3 粒子能量模型 240
8.3.4 辐射属性 241
8.3.5 SEET图形显示 243
8.3.6 银河宇宙射线 243
8.3.7 太阳能粒子 244
8.3.8 SEET约束选项 245
8.4 太空环境仿真案例 246
8.4.1 辐射环境仿真案例 246
8.4.2 磁场环境仿真案例 249
8.4.3 飞行器温度仿真案例 251
8.4.4 粒子碰撞仿真案例 252
第9章 任务规划模块(STK/Scheduler) 255
9.1 STK Scheduler简介 255
9.1.1 菜单栏 257
9.1.2 工具栏 259
9.1.3 图形视图 260
9.2 定义资源 261
9.2.1 创建资源 261
9.2.2 资源属性 263
9.3 定义任务 269
9.3.1 创建任务 269
9.3.2 任务属性 270
9.4 消解冲突 278
9.4.1 选择消解冲突算法 278
9.4.2 评价指标FOM 279
9.4.3 运行消解冲突 280
9.4.4 规划验证 280
9.4.5 任务分配 281
9.4.6 冲突分析 281
9.5 任务规划仿真案例 281
9.5.1 基本设置 282
9.5.2 定义资源 282
9.5.3 资源属性 284
9.5.4 定义任务 288
9.5.5 规划与分析 299
第10章 轨道确定模块(STK/ODTK) 304
10.1 概 述 304
10.1.1 测量数据类型 304
10.1.2 定轨动力学模型 305
10.1.3 轨道确定工具 306
10.1.4 仿真器 307
10.1.5 滤波器平滑器一致性 307
10.2 ODTK界面 307
10.2.1 启动界面 307
10.2.2 工作区管理 308
10.2.3 对象浏览器 308
10.2.4 对象属性 309
10.2.5 消息窗口 309
10.2.6 菜单栏 309
10.2.7 工具栏 312
10.3 ODTK对象与属性 312
10.3.1 创建与定义对象 312
10.3.2 公共属性 313
10.3.3 场景属性 323
10.3.4 卫星属性 328
10.3.5 测量系统属性 336
10.3.6 测量站 336
10.3.7 发射机 338
10.3.8 滤波器 338
10.3.9 可变滞后平滑器 341
10.3.10 平滑器 342
10.3.11 仿真器 344
10.3.12 最小二乘改进器 346
10.3.13 初始轨道确定 347
10.3.14 GPS星座 350
10.3.15 GPS接收机 351
10.3.16 天 线 352
10.3.17 转发器 353
10.3.18 后向反射器 353
10.3.19 测量数据文件格式 354
10.4 报告与图形 356
10.4.1 静态结果生成器 356
10.4.2 动态结果选择器 358
10.4.3 图 形 358
10.4.4 报 告 360
10.4.5 输 出 361
10.4.6 儒略日定义 362
10.5 ODTK仿真案例 362
参考文献 378
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