STK仿真工具在航天装备教学中的运用

为提高我院航天装备教学质量,分析了传统航天装备教学中存在教学手段单调和实践环节不足等问题,提出了将STK仿真工具运用到航天装备教学中,最后给出了一个仿真实验教学案例.教学实践表明,该教学方法对相关数学和物理基础理论知识相对薄弱且侧重航天装备应用的学员有很好的教学效果,可为其他类航天装备教学提供借鉴.

天基自然灾害勘测系统效能仿真研究

对地遥感卫星系统是应急管理、防灾减灾系统中的重要组成部分,主要用于在灾害发生后快速、精准地提供灾区受灾面积、损伤情况等第一手资料。文中以对地遥感卫星系统灾害勘测场景为研究对象,系统梳理了其卫星星座发展历程,并以当前我国对地遥感卫星星座为基础,利用STK软件构建灾后勘测仿真场景,从覆盖百分比、最大覆盖间隙和平均访问时间三个方面分析了该系统对灾区的勘测效能。仿真结果可为我国完善应急卫星星座建设及应急指挥决策提供参考。

基于STK的北斗区域系统GDOP仿真分析

为了评估北斗区域系统在中国各个地区的覆盖情况,利用STK软件仿真建立"5GEO+5IGSO+4MEO"的北斗区域星座,并在中国全境范围内建立了13个虚拟观测站,计算了北斗区域星座在全球范围内的GDOP分布,并统计了所有虚拟观测站的GDOP值的大小。结果表明,目前的北斗星座足以全天候满足我国全境范围内用户定位导航需求。

基于STK的混合星座性能仿真与分析

为了扩大GEO卫星系统的覆盖范围,解决目前急需的极区通信问题,本文设计了大椭圆和地球同步轨道卫星的混合星座模型,对混合星座模型的覆盖和通信性能进行了仿真分析,实现了全球覆盖和极地与国土境内的连续通信,有效弥补了GEO星座的不足,研究结果对全球区域观测研究和通信星座设计有一定的参考价值。

基于STK的分布式仿真系统集成技术

针对卫星仿真工具包(STK)分布式仿真系统集成问题,提出了基于STK/Connect中间件和STKX组件技术的两种仿真模式,依次对其工作原理和实现方法进行了描述。同时分析了两者的约束条件、应用程序设计复杂度与性能、开发效率以及已有成果改动量等,并进行两者优缺点的比较。最后,以武器攻防对抗为背景进行了仿真。结果表明,基于STKX组件的仿真模式在程序设计复杂度、性能和开发效率等方面均优于STK/Connect中间件,且后者在成果改动工作量方面更具优势。

基于STK的侦察卫星覆盖仿真分析

侦察卫星具有侦察范围大、侦察效率高和不受领空与领海主权限制等优势,是对境外目标实施侦察的主要手段。为满足对特定区域24小时不间断侦察需要,使用AGI公司的STK仿真软件,综合分析了侦察卫星常用轨道特点,分别建立了太阳同步轨道下,采用6个轨道面的6星、6个轨道面12星和6个轨道面24星不同Walker星座方案,通过仿真计算分析了不同方案对目标区域的覆盖情况,依据仿真结果得出满足特定区域侦察需要的卫星轨道与数量需求,形成了卫星星座与轨道方案。

STK在航电传感器设备试验环境中的仿真应用

随着航空电子传感器设备研制领域的不断发展,设备的试验已不再局限于单一设备的功能,而是需要在复杂的自然和电磁环境中将所有设备集成起来进行系统级试验。依赖传感器设备载机在真实环境的不断试飞,这不仅试验成本高,且设备故障的定位和复现也相当困难。针对这一系列的问题,利用STK软件能建立复杂的陆、海、空、天仿真应用场景,并能提供易于理解的图表、文本、可视化分析报告的特性,实现载机航迹数据生成、传感器以及天线仿真应用分析、地理数据加载、地形遮挡分析、复杂电磁仿真环境分析、真实机载数据回放以及可视化演示等功能。该应用为实装机载航电传感器设备研制提供最佳的系统级试验仿真环境,实现试验研制过程的降本增效。

适用于我国天基网络的GEO/LEO双层星座的设计与仿真分析

为避免同步地球轨道(GEO)卫星网络的传播时延大、实时业务传输保障能力有限的问题,研究了双层卫星网络的设计。考虑到GEO卫星相对地面位置固定,低地球链道(LEO)卫星功率损耗较低,传输时延较短,根据我国地理位置及未来天基网络建设需要,设计了一种简捷高效的GEO/LEO双层卫星星座网络结构。该结构按"弱连接"理论,使LEO卫星与通信质量最优的一颗GEO卫星建立链路,以保证通信质量的最优化;采用"骨干/接入"模型,使GED层卫星构成骨干网,LEO层卫星构成接入网,以克服设计的高难度。仿真结果表明,GEO/LEO双层卫星网络在覆盖特性和星际链路几何特性上更具优势,满足我国未来天基网络建设要求。

利用STK辅助星载GPS接收机设计

高轨GPS接收机的应用克服了地面观测几何构型差等不利条件,有利于高轨卫星定轨精度的提高,同时也提高了对接收机信号捕获能力的要求,以全链路的细致仿真代替基于几何可见性的GPS可用性分析是降低工程应用风险的重要保证。仿真平台以链路计算为依据,采用STK与MATLAB联合仿真的形式开发,从原理和实现形式上保证了仿真结果的有效性、可靠性和灵活性。最后示例给出GEO搭载环境下的仿真分析,并结合GEO和GPS的轨道特性对高灵敏度下的仿真结果进行了理论分析,可以为高轨应用下的接收机和天线设计提供依据。该仿真平台可以方便的进行导航星座扩展,并应用于多系统及多系统兼容导航接收机的设计。

一种区域性覆盖星座设计与仿真方法

主要研究了对地面目标进行连续覆盖的星座设计问题。首先分析了星座最小仰角与星下点轨迹、轨道高度的关系,然后推导了对覆盖性能有重要影响的星间覆盖间隔时间和轨道面覆盖间隔时间的计算公式,提出理论算法与STK仿真相结合优化星座设计的方法,给出适合于中国的非静止轨道星座方案。仿真结果表明,该星座能对中国实施24h不间断覆盖通信。

白天空间目标可见光探测仿真研究

为了仿真研究白天对空间目标可见光探测相关技术,基于STK/X的相关技术和对大气辐射计算程序MONTRAN的整合,设计了白天空间目标可见光探测仿真平台,完成了目标亮度、目标轨道、大气和地面探测系统模型的建立和实现。以对某目标白天在长沙地区过境探测为例,估算了在一定角度下为了达到探测目的,探测系统消除杂光能力的大小要求,仿真分析结果与实际情况基本一致,表明仿真平台的有效性。通过该仿真平台的建立,为进一步研究白天对空间目标的可见光探测技术提供了帮助,为探测系统相关指标的设计提供了理论依据。

基于STK/Matlab接口的卫星通信链路研究

以星地通信链路为例阐述了利用STK/Matlab接口与Matlab程序进行动态链路数据交互的联合仿真方法,通过大气吸收模型和雨衰模型等逼真星地信道的衰落情况,适当选择链路的约束参数,从而计算确定满足链路约束的卫星天线增益等关键参数的设计门限,可用于指导星上通信系统的设计,解决了传统链路计算只能用于通信系统设计结果验证的局限,为卫星通信系统设计提供了一个高效的辅助手段。

基于HLA的卫星轨道机动仿真研究

针对STK(Satellite Tool Kit)在联合作战仿真中实时互操作能力的不足,提出了一种灵活的基于HLA(High Level Architecture)的卫星轨道机动仿真系统设计方法。建立了圆轨道之间平面内霍曼转移、平面外单脉冲和双脉冲轨道转移三种轨道机动模型,设计了多视图可视化表现子系统和仿真对象模型(Simulation Object Model,SOM)。与STK的仿真结果对比表明了该方法的可行性和模型的有效性。

计算机仿真在混合星座覆盖分析中的应用

目前混合星座的卫星覆盖分析与仿真是一个热点研究问题。本文设计了大椭圆和地球同步轨道卫星的混合星座模型,对混合星座模型的覆盖情况进行了仿真分析,讨论了GEO星座和不同大椭圆星座组成的两种混合星座的卫星覆盖性能。研究结果对区域观测研究和通信星座设计有一定的参考价值。

临近空间飞行器再入制导可视化仿真

在临近空间飞行器再入制导系统研制过程中,需要通过可视化仿真对飞行器再入制导系统进行验证、分析及演示。给出再入飞行的假设条件,建立飞行器再入质心动力学及运动学模型。在此基础上,给出一种基于Matlab与卫星仿真工具包(Satellite Tool Kit-STK)交互的再入制导可视化仿真方案,给出再入飞行数据的输入格式定义。针对给定的临近空间飞行器及假定的再入任务,对再入制导进行可视化仿真,得到相应的可视化仿真结果,对结果进行说明。

美国天基导弹预警系统发展及效能仿真研究

天基导弹预警系统是导弹预警体系的重要组成部分,主要用于来袭弹道导弹的早期发现。以美国天基导弹预警系统为研究对象,系统梳理了其卫星星座发展历程,并以当前美国天基导弹预警系统星座为基础,利用STK软件构建导弹预警仿真场景,从覆盖效能、探测效能和跟踪引导效能等三个方面分析了该系统导弹预警作战效能。仿真分析结果可为导弹防御体系情报研究及导弹防御体系建设提供参考。

星载高精度天线指向机构设计仿真分析

在卫星与地面站的可见弧段时间内,为实际控制指向机构进行对地数据传输提供参考条件,包括为指向机构对地通信时提供指向的角度、速度、加速度以及通信时间段。使用STK仿真软件,根据太阳同步轨道卫星的姿态场景数据实现指向机构跟踪地面站的理论仿真。采用MATLAB详细分析了指向机构与地面站建立通信时的角度、速度、加速度及时间段。仿真结果表明,该仿真系统设计合理,基于STK的场景建模具有通用性和可扩展性,具有一定的推广使用价值。

基于STK的美GEO轨道预警卫星作战能力分析

天基红外预警卫星是实现战略预警的核心装备,能够实现全球弹道类目标发射的早期预警。当前美国已经建成了规模庞大、体系完备的GEO轨道预警卫星体系,其主要包括六颗SBIRS-GEO预警卫星和一颗宽视场红外预警卫星WFOV,对我国战略安全空间构成了严峻威胁。为分析美预警卫星对我威胁情况,系统分析了美GEO轨道预警卫星最新发展现状,并利用卫星仿真工具包(STK)对其作战能力进行了仿真分析。仿真结果表明,美GEO轨道预警卫星对我国境内目标实现了全域二重覆盖,能够全天候对我弹道导弹类目标发射进行预警监测,研究成果能够为研究美天基预警系统作战能力提供支撑,具有一定的参考价值。

联合仿真验证的多弹道天基天线覆盖性能研究

天基测控是运载火箭遥测系统的重要组成部分,天基遥测天线的覆盖范围决定了天基测控系统工作的时效性。对天基测控天线波束指向角进行了分析,并以某型号运载火箭天基测控系统设计为例,为满足实际应用需求选取最佳安装位置,对多弹道条件下天基测控天线不同安装位置的覆盖性进行了仿真分析。采用了MATLAB/STK联合仿真,充分利用了STK矢量计算、三维场景仿真和MATLAB的程序循环控制功能,相较于使用单一软件进行问题仿真分析更有效率。

模型驱动的危机事件快速建模与分析方法

以2015年底俄土战机冲突事件为例,建立了基于模型驱动方法的快速建模与仿真分析框架,为类似军事冲突及争端事件应急判断提供快速建模与决策分析支持。通过场景建模、可执行逻辑分析和可视化仿真技术分别对危机事件进行静态结构建模、动态行为分析以及场景仿真验证。同时,利用具有自主知识产权的支持快速元模型定制的多视图建模工具ModelLink,与第三方分析与仿真工具集成,形成了以ModelLink为输入的跨平台模型自动生成、分析与互操作的分析链路,支持快速参数变更、直观可视化行为调整的敏捷响应。面向俄土战机事件,利用俄土双方及第三方关于事件细节的开源信息,构建了两种基本场景模型,通过对比不同方案的可执行逻辑分析以及仿真过程参数分析结果,校验了双方在事件声明中细节的合理性与真实性,同时支持后续不断补充开源信息后的模型调整与快速结论生成,具有很好的实用性。