基于STK的卫星总体任务分析与设计实验指导书.doc
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1、航天课程实验平台:基于STK卫星总体任务分析及设计实验指导书第 20 页前言实验背景随着我国航天事业蓬勃发展,为了培养高层次专业化航天人才,本学科拟建成航天类课程实验平台,并准备为研究生开设相关实验课程。本平台是利用国际先进STK软件进行二次开发而形成,Satellite Tool Kit即卫星工具包,是航天工业领先商品化分析软件,它可以快速方便地分析复杂陆、海、空、天任务,并提供易于理解图表与文本形式分析结果,确定最佳解决方案。它支持航天任务周期全过程,包括政策、概念、需求、设计、制造、测试、发射、运行与应用。实验目及任务该实验平台建设目标是培养学生对飞行器设计理论及实验方法掌握,对仿真实验
2、理解及操作,提高动手能力,为将来毕业走上工作岗位打下扎实基础。因此,本实验平台将成为航天类课程教学一个重要内容。本实验平台集教学及实验为一体,充分发挥学生创造性,培养学生实际应用能力。使学生能将所学专业知识具体化、形象化、可视化,达到全方位立体化教学效果。实验组成实验平台主要由以下五个部分组成: 1. 太阳同步/回归轨道设计及分析2. 地面站测控方案设计及分析3. 地面目标覆盖特性分析4. 卫星太阳电池阵光照特性分析5. 卫星机动轨道斯基及分析实验设备硬件:标配计算机一台,其它仿真设备若干实验1:太阳同步/回归轨道设计及分析1.1 实验目l 了解STK软件一般功能l 掌握STK软件基本操作l
3、学会如何建立新场景l 学会如何创建设置新卫星1.2 实验步骤一建立及设置场景在创建卫星之前,我们要学会如何建立基本场景(Scenario)。1. 启动STK,点击Scenario图标创建新场景,命名为1Scenario。2. 在对象浏览器窗口选中1Scenario,然后从Properties菜单中选择Basic也可以右键点击场景1Scenario,在弹出快捷菜单中选择Basic。3. 如表1-1所列,设置Time Period属性页参数如下。表1-1 示例场景Basic类Time Period属性设置属性名称属性值Start Time1 Jan 2000 00:00:00:00Stop Tim
4、e2 Jan 2000 00:00:00:00Epoch1 Jan 2000 00:00:00:004. 如表1-2所示,设置Animation属性页参数如下。表1-2 示例场景Basic类Animation属性设置属性名称属性值Start Time1 Jan 2000 00:00:00:00Loop At Time2 Jan 2000 00:00:00:00Time Step60 secRefresh DeltaChange to High Speed5. 如表1-3所示,设置Units属性页参数如下。表1-2 示例场景Basic类Units属性设置属性名称属性值Distance UnitK
5、ilometer(km)Time UnitSeconds(sec)Date Format Gregorian UTC(UTCG)Angle Unit Degrees(deg)Mass Unit Kilograms(kg)6. 选择Description属性页,在Description空栏里,填入My basics Scenario7. 全部完成后,点击“确定”现在,已经建立了基本场景,下一步就是在场景中创建卫星,通过对卫星轨道定义,来实现太阳同步轨道以及回归轨道设计.二建立及设置卫星首先,创建太阳同步轨道卫星,步骤如下。1. 在浏览窗口,点击Satellite图标,创建一个新卫星,可以利用轨道
6、向导Orbit Wizard定义卫星轨道,如果Orbit Wizard没有自动出现,可以从Tools菜单选择。2. 点击“下一步”到第二个界面,如图1-1所示,选择Sun Synchronous,点击“下一步”。图1-1 Orbit Wizard第二界面3. 如图1-2所示,第三个界面,设置下项目参数,如表1-4。表1-4 第三界面参数属性名称属性值Altitude400 kmLocal Time of Descending Node图1-2 Orbit Wizard第三界面4. 点击“下一步”,设置如下项目,如表1-5,设置完成后如图1-3所示。表1-5 第四界面参数属性名称属性值Orbit
7、 Start1 Jan 2000 00:00:00:00Orbit Stop2 Jan 2000 00:00:00:00Time Step60.00 sec图1-3 Orbit Wizard第四界面5. 设置完毕后,点击“完成”,重命名该卫星为Sun_Sync6. 选中卫星,在其“VO”类 “Vector”属性页中,选择列表框中“Sun Vector”,选中左下方“Show”复选框,设置完毕后,如图1-4所示。现在已经创建好了太阳同步轨道卫星,可以点击VO界面“开始”按钮(Start Animate Forward),观察卫星运行。图1-4 Sun_Sync卫星Basic类Vector属性页接
8、着,创建回归轨道卫星,步骤如下。1点击Satellite图标,创建一个新卫星。2点击“下一步”,选择Repeating Ground Trace,点击“下一步”。3在此界面中设置参数,如表1-6。表1-6 参数设置属性名称属性值Approximate Revs Per Day4Inclination45 degNumber of Revs to Repeat4Longitude of First Ascending Node5 deg4点击“下一步”,设置参数如表1-7。表1-7 参数设置属性名称属性值Orbit Start1 Jan 2000 00:00:00:00Orbit Stop2 J
9、an 2000 00:00:00:00Time Step60.00 sec5设置完毕后,点击“完成”,重命名该卫星为Repeating_Ground_Trace1.3 实验结果我们已经完成了太阳同步/回归轨道设计环境建立,如图1-5,1-6所示,在图形窗口,点击“开始”按钮,观察两颗卫星运行状态,结束后,点击“重置”(Reset),观察,可以对太阳同步/回归轨道产生更加直观理解。图1-5 设置完成后三维显示窗口图1-6 设置完成后二维显示窗口实验2:地面站测控方案设计及分析2.1 实验目l 练习使用STK软件l 学会如何建立地面站l 学会如何创建配置传感器2.2 实验步骤首先要创建新场景,改名
10、为“2Scenario”,之后在创建好场景下面进行地面测控站设计。1在浏览窗口,点击Facility图标,建立新地面站,命名为beijing.选择Basic属性。设置Position属性页中参数,如表2-1所示,完成后点击“确定”。表2-1 beijing地面站Basic类Position属性设置属性名称属性值TypeGeodeticLatitiudeLongitudeAltitude02选中beijing,在浏览窗口点击New Sensor图标,创建新传感器,命名为cyan.选择Basic类,设置Definition属性页参数如表2-2所示。表2-2 cyan传感器Basic类Definit
11、ion属性设置属性名称属性值SensorSimple ConicCone3选择Graphic类,设置Attributes属性页参数如表2-3所示。表2-3 cyan传感器Graphic类Attributes属性设置属性名称属性值ColorcyanLine solidLine Width14再创建一个传感器,命名为white,设置Basic类Definition属性页参数如表2-4所示。表2-4 white传感器Basic类Definition属性设置属性名称属性值SensorComplex ConicHalf Angles:inner0outer90Clock Angles:Minimun26
12、0Maximum3605选择Graphics类,设置Attributes属性页参数如表2-5所示。表2-5 white传感器Graphic类Attributes属性设置属性名称属性值ColorwhiteLine solidLine Width16创建新地面站,命名为hainan。设置Basic类Position属性页参数如表2-6所示。表2-6 hainan地面站Basic类Position属性设置属性名称属性值TypeGeodeticLatitiudeLongitude110. 35Altitude07为新地面站配置三个传感器,分别命名为blue,red,yellow。三个传感器Basic类
13、Definition属性页参数设置如表2-7所示。表2-7 white传感器Basic类Definition属性设置BlueRedYellow:SensorComplex ConicComplex ConicComplex ConicHalf Angles:inner858585outer909090Clock Angles:Minimun0120240Maximum1202403608之后对三个传感器Graphics类Attributes属性页参数设置如表2-8所示。表2-8 white传感器Graphic类Attributes属性设置BlueRedYellow:Color blueRedY
14、ellowLinesolidsolidsolidLine Width1119建立新地面站bombay,设置Basic类Position属性页参数如表2-9所示。表2-9 bombay地面站Basic类Position属性设置属性名称属性值TypeGeodeticLatitiudeLongitudeAltitude010为地面站配置传感器,命名为magenta,设置其Basic类Definition属性页参数如表2-10所示。表2-10 magenta传感器Basic类Definition属性设置属性名称属性值SensorSimple ConicCone10.0deg 11.创建一个卫星,命名为
15、2Sat,设置其Basic类Orbit属性页参数如表2-11所示。在创建过程中STK可能会打开卫星对象创建向导,这里直接取消向导对话框即可。表2-11 2Sat卫星Basic类Orbit属性设置属性名称属性值PropagatorJ2PerturbationStartStopStep60.000 secOrbitCoord TypeClassicalCoord J2000Semimajor8000.137000 kmEccentricity0Inclination98.607934 degArgument of Perigee0 degRAAN100.702295 degTrue Anomaly
16、100 deg12建立卫星2sat及地面站beijing间通讯,选中beijing地面站cyan传感器,设置其Basic类Pointing属性页参数, 其中Pointing Type项选择Targeted.并在Available Target栏中选中卫星2Sat,之后单击傍边蓝色右键头,在Assigned Targets栏中出现Satellite/2Sat后,点击“确定”,如图2-1所示。13设置cyan传感器3D显示属性,选中cyan传感器,右键点击在弹出快捷菜单中,选VO属性类,点击Pulse属性页,选中“Show”复选框,并设置各参数如表2-12所示。表2-12 cyan传感器VO类Pu
17、lse属性设置属性名称属性值AmplitudePulse200.0 kmStyleSineValueSlow:0.0830 Hz图2-1 cyan传感器Basic类Pointing属性页2.3 实验结果综上所述,我们建立了地面站测控方案设计及分析环境,如图2-2所示,通过该场景建立,我们可以更加深入地了解地面站组成,运行以及其及卫星间通讯状况,为以后总体分析打下基础。图2-2 设置完毕后三维显示窗口实验3:目标覆盖特性分析3.1 实验目l 练习场景及卫星创建l 学习掌握传感器更多功能l 学会如何创建设置覆盖定义对象l 学会如何分析目标覆盖特性3.2 实验步骤一添加基本对象1启动STK,建立一个
18、新场景,命名为3Scenario。设置场景Basic类TimePeriod属性参数如表3-1所示。表3-1 新场景Basic类Time Period属性设置属性名称属性值Start Time1 Sep 2000 00:00:00:00Stop Time2 Sep 2000 00:00:00:00Epoch1 Sep 2000 00:00:00:002在新场景中创建两颗新卫星,分别命名为3Sat1,3Sat2,其Baisc类Orbit属性页参数设置如表3-2所示。表3-2 卫星Basic类Orbit属性设置属性名称3Sat13Sat2PropagatorJ2PerturbationJ2Pertu
19、rbationStartStop22Step60.000 sec60.000 secOrbitCoord TypeClassicalClassicalCoordJ2000J2000Semimajor6800 km7000 kmEccentricity00Inclination97 deg45 degArgument of Perigee0 deg0 degRAAN350 deg270 degTrue Anomaly35 deg65 deg3设置这两颗卫星Graphics类Pass属性页参数,将“Leading/Trailing”(航线/轨迹)属性中“Ground Track”(地面轨迹)选项组
20、内“Lead”(航线)选项设置为“None”(无),如图3-1所示图3-1 两颗卫星Graphics类Pass属性页参数4接着,为两颗卫星添加传感器对象(雷达),分别命名为3Sensor1,3Sensor2。其属性设置如表3-3与表3-4所示。表3-3 传感器3Sensor1属性设置属性类属性页属性名称属性值Basic类DefinitionSensorRectangularVertical Half20 degHorizontal Half5 degGraphics类AttributesColorCyanLineSolidLine Width1表3-4 传感器3Sensor2属性设置属性类属性
21、页属性名称属性值Basic类DefinitionSensorSimple ConicCone30 degGraphics类AttributesColorwhiteLineSolidLine Width1至此,本场景基本对象建立完毕,建立好对象浏览器内容如图3-2所示。图3-2 建立好对象浏览器内容二添加覆盖定义对象向场景“3Scenario”中添加新覆盖定义对象,并改名为“EuroCovDef”,下面主要对覆盖定义对象Basic与Graphics两类属性进行设置。1首先选中覆盖定义对象EuroCovDef,右键点击在弹出菜单中选择“Basic”,进入“Grid”属性页,在“Grid Defin
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- 关 键 词:
- 基于 STK 卫星 总体 任务 分析 设计 实验 指导书
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