星基ADS-B系统空天链路的建模与仿真

星基广播式自动相关监视(ADS-B,automatic dependent surveillance-broadcast)系统是一种新型的航空器监视技术,在未来空中交通管理系统中具有广阔的应用前景。为了深入研究星基ADS-B系统中航空器到卫星的空天链路通信性能,将专业软件Matlab和STK(system tool kit)有效联合,构建符合国际标准的星基ADS-B空天链路完整模型;通过离散事件动态交互模拟ADS-B消息的发送与接收全过程,最后统计得出体现星基ADS-B空天链路通信性能的消息识别概率(POI,possibility of identify)、消息检测概率(POD,possibility of detective)、信号接收功率、信号冲突概率、卫星覆盖范围等指标。仿真结果表明,随着区域内航空器数量上升,POI、POD下降,消息冲突概率上升。

基于STK的GPS空间覆盖特性仿真分析

GPS在空间飞行器上的应用越来越广泛。然而,由于信号辐射角的限制,空间用户在一定高度之上存在不可见区域,为了探讨GPS系统对空间用户的可用性和完备性,提出了利用STK进行仿真分析,对该软件自带的GPS星座场景,设置不同的信号辐射角度的限制,对信号辐射角度为32°、40°和46°三种情况下,在不同的高度处航天器对GPS可见星数目进行了仿真,并给出了在空间应用中GPS的可用高度范围。仿真结果显示,航天器对GPS可见星数目随着信号辐射角度的增大而增多,随着高度的降低而增加。

面向行业应用CAD系统关键技术的研究

结合面向行业应用CAD系统的开发,研究了面向行业应用CAD系统的模型、系统开发和使用环境设置与工具集。面向行业应用CAD系统模型采用核心层、通用层与应用层三层框架,并通过可兼容、可替换的软件组件组织模式实现各层次间的集成。提出了面向行业应用CAD系统的知识基产品设计模型的建立方法,该模型将底层的主模型和高层的产品控制结构相结合,并与知识系统进行融合,在关联模型环境支撑下进行协同。这些共性问题的解决,将有助于面向行业应用CAD的研究、开发与应用的不断深入。

基于GRAVES体制的电子篱笆系统设计

电子篱笆体制是空间目标普测的一种重要方式,目前国际上只有美国、法国具有实际探测系统,其中法国体制电子篱笆目前国内外研究较少。文中对法国体制式电子篱笆系统设计进行分析。该雷达系统采用单点频连续波信号形式,采用双基地雷达体制,实现雷达对空间目标轨道信息的获取。对雷达系统工作频率、双基地雷达布站、照射视场选择几个关键参数进行了性能分析、设计和优化,并结合STK和Matlab软件对电子篱笆系统进行仿真。

中继卫星与用户航天器之间星间链路的研究

中继卫星在地球同步静止轨道上运行,既能直视中低轨道用户航天器,又能直视地面站,是沟通用户航天器与地面站的桥梁。如果考虑中继卫星星座,则中低轨道用户航天器基本上在中继卫星星座的覆盖范围内,因此只考虑单颗中继卫星与用户航天器之间的星间链路情形。中继卫星与中低轨道用户航天器之间的星间链路可以用中继卫星与用户航天器之间的时间窗口个数、平均时间窗口长度、最大和最小的时间窗口长度等参数描述。利用STK,采用模拟仿真的方法,分析了中继卫星与用户航天器之间的星间链路特性。

基于STK的航天任务仿真方案分析

在对卫星工具箱软件（satellite tool kit，STK）进行全面分析基础上，提出了利用STK进行航天任务仿真的3种主要方案。分析了各种方案的优劣，然后结合3个典型仿真实例分析了STK软件在航天任务仿真中的作用，最后得出结论：STK软件适宜仿真对象数目不多、非实时、对可视化要求较高的航天任务；结合用户程序对STK进行系统集成是使用STK软件的最有效方式；利用STK／Connect接口进行二次开发的系统集成方案最适合时间紧、功能要求相对简单的航天任务可视化仿真。

空间目标天基光学监视平台的参数仿真分析

利用天基光学系统对空间目标进行监视是重要而有效的手段之一。以在轨运行的低轨卫星为研究对象,对天基光学平台的观察方向、升交点赤经和真近点角等参数进行了优化设置。通过分析可知,观察方向指向左和指向右时可以监视更多的目标,升交点赤经选取在0°、270°和315°对空间目标的监视效果较好,而卫星被截获的概率与真近点角的变化关系并不密切,因此真近点角可以任意选取。根据参数优化结果,以卫星仿真工具包STK(Satellite Tool Kit)为平台,对空间目标天基光学监视平台的轨道参数进行了仿真。

STK在空间作战系统仿真中的应用

卫星工具包(STK)是广泛应用于航天工程全过程的先进卫星系统分析软件。文中首先提出空间作战系统的概念,在建立空间作战系统模型的基础上,利用STK软件的通信连接功能和三维演示功能,对作战系统的轨道设计、任务规划、作战控制等方面的仿真演示进行了设计和实现。在仿真过程中采用了基于多个端口的分布式仿真,通过仿真结果,验证了空间作战系统任务规划后拦截方案的可行性,并为以后武器系统的相关仿真实验提供了更多的借鉴与参考。

转发式卫星导航定位系统性能分析

在介绍我国自主研发的利用通信卫星建立的转发式卫星导航定位系统组成、工作原理的基础上,利用STK软件从系统的几何精度因子、可见性和覆盖性三个方面,对该系统为我国及周边区域服务保障的性能进行了分析,结果表明该系统在中国区域的覆盖率可达到100%,对全球覆盖率可达到40%左右,定位精度随纬度的增加而逐渐降低。可以为我国及亚太地区提供高精度的导航、定位与授时服务,从而也推论该系统不仅可以作为北斗卫星导航定位系统的备份,还可以作为独立的系统自主工作。

中继卫星调度问题的CSP模型

中继卫星在地球同步静止轨道上运行,既能直视中、低轨道用户航天器,又能直视地面站,是沟通用户航天器与地面站的桥梁。中继卫星调度问题是一类非常重要的调度问题。基于约束满足理论,通过分析中继卫星调度问题的特点与约束条件,建立了中继卫星调度问题的CSP模型。利用卫星工具箱STK进行模拟仿真,对CSP模型进行了求解。结果表明,所建立的CSP模型是合理的。

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的预警卫星部署与性能分析

预警卫星对导弹的早期预警是反导防御系统有效作战的关键环节,而红外预警卫星就是实现弹道导弹早期预警的有效手段。利用卫星工具包(STK)仿真工具,研究红外预警卫星部署的方法,并通过STK仿真出来的数据分析其探测能力。该方法可得到针对特定热点地域反导预警卫星的合理部署方案。

STK在卫星地面应用系统中的应用

介绍了STK软件的主要功能及其在航天工程领域的应用。在介绍该软件功能和特性的基础上,分析了在卫星地面应用系统的建设中地面接收站选址对系统效能的影响,以及在系统运行管理中控制卫星传感器进行目标探测时的访问计算问题,结合具体应用提出了利用STK工具软件分析和解决问题的方法。

基于STK的小卫星零动量姿态控制系统仿真研究

针对基于卫星工具包进行小卫星零动量姿态控制系统的仿真研究和应用。首先对STK的姿态属性模块和姿态仿真器的应用进行了说明;然后分析和研究小卫星零动量姿态控制系统的设计思想,同时建立小卫星的三维模型,并在STK中进行仿真应用;最后对控制规律的输出力矩数据曲线及控制精度进行分析和说明。

天文定姿中太阳系内天体视位置计算

天体视位置是进行天文定姿的必备数据,目前视位置计算的研究多基于地面和海上,天基平台的发展需进一步研究。介绍了星上视位置转换原理,推导各种位置改正公式,基于新天文参考框架建立一种太阳系内天体视位置计算模型,可计算任意时刻天体的地心视位置和站心视位置。与天文年历地心视位置相比,类木行星的赤经差值在10 ms以内,赤纬差值在220 mas以内;与STK仿真的站心视位置相比,赤经差值在0.15 s以内,赤纬差值在2″以内。实验表明,该模型可以正确计算测瞬太阳系内天体的视位置,其精度满足天文定姿的需求。

干扰条件下的雷达动态威力范围仿真方法

三维雷达探测威力范围仿真要求能够对雷达的电磁场景进行逼真的模拟,针对传统的雷达探测威力仿真方法不能动态显示的缺点,提出了一种基于STK仿真软件的动态可视化仿真方法。首先介绍了Matlab插件的功能及编程逻辑,然后分别对压制干扰条件下的雷达威力范围和干扰型无人机的飞行航迹进行了细致的数学建模,最后给出了动态可视化仿真的实现方法。该方法以STK为底层场景构建平台,通过Matlab插件在时域上采集雷达最大探测距离的边界数据,实现了动态的雷达三维探测威力范围的可视化。仿真结果表明,干扰机与目标雷达的距离越近压制效果越好,同时2部干扰机能够弥补单部干扰机进行干扰时的不足。仿真结果与理论分析具有一致性,验证了数学模型的正确性和仿真方法的有效性。

编队星载GNSS观测数据的建模与仿真

编队星载GNSS观测数据的建模仿真是编队卫星研发任务中的关键问题之一。结合编队卫星构形设计方法、导航卫星可见性分析、几何距离生成以及观测误差的特性分析,建立了观测数据仿真模型。基于STK的三维图形显示、精确的卫星轨道模型和数据报告等功能,以及Matlab便于数据操作和算法开发的特点,搭建了观测数据仿真平台,获取了编队星载GNSS接收机的观测数据。给出了仿真设计框架与具体流程,并通过仿真实例给出了观测数据仿真结果及其可信性验证。

基于Qt和DCMTK的DICOM浏览器的开发

DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine,DICOM)是医学数字成像和通讯的标准,它涵盖了医学影像的采集、归档、通信、显示以及查询等几乎所有信息交换的协议,它的推出简化了医学影像信息交换的实现。本文提出基于Qt框架和DCMTK平台实现DICOM医学影像信息提取、图像显示以及图像处理的方法,并初步实现了一个DICOM图像的浏览器。

基于HTK的汉语语音售票系统的设计与实现

为了解决火车站售票系统处理售票业务效率低、速度慢和低智能化等问题,提出了一种基于HTK(HMM Tool Kit,隐马尔科夫模型工具箱)的汉语语音售票系统。详细阐述了基于HTK的语音识别等关键技术的基本原理,并给出了系统实现的关键代码。在语音识别测试中,语句级识别正确率为98.00%;字词级识别正确率达到了98.67%。实验结果表明所提出的语音售票系统具有较高的可行性与实用性。

极地GNSS性能仿真分析研究

极地地区丰富的自然资源以及重要的战略地位,引起了各国广泛关注。卫星导航具有精度高、受天气影响小、全天候导航等优点,能为极地实时导航提供可靠数据。本文利用STK软件仿真了GNSS(BDS/GPS/GLONASS)的卫星星座,基于南极科考站数据分析了GNSS卫星覆盖性、可见性、高度角变化规律以及多系统导航性能,通过在北极高纬度航道建立虚拟观测站计算了GNSS在北极航道的DOP分布情况,并重点研究了北斗卫星导航系统未来在极地地区的导航性能。结果表明,目前GPS和GLONASS基本能满足极地的导航需求,GLONASS相对更稳定,BDS的全球化将为极地科考提供新的契机。随着多系统导航的应用,卫星导航在极地的定位精度和可靠性将显著提高,也扩大了截止高度角的选择范围。