基于进化算法的人造卫星轨道优化设计与仿真

进化算法因其较强的搜索能力已被广泛应用于卫星轨道求解当中,但传统的方法是在轨道建模的基础上解微分方程得出,因轨道模型要考虑很多摄动因素,所以运算量巨大,充分运用STK软件强大、精确的卫星轨道机动运算功能,利用STK软件的连接模块将进化算法得到的数据输入到STK的轨道机动模块,算出卫星发射轨道并求出最佳机动方案,使算法简单可靠.最后,通过STK的轨道机动模块、三维显示模块对设计出来的轨道仿真演示.实例结果证明了该方法的有效性.     

侦察卫星地面机动目标覆盖特性分析与仿真

针对当前军用目标机动过程中易被卫星侦察的问题,对处于不同位置的机动目标进行侦察卫星覆盖特性分析,仿真其覆盖侦察过程.利用卫星工具软件包STK(Satellite Tool Kit)中先进的航天器系统分析软件,建立多摄动条件下侦察卫星星座运动学模型,调用STK的覆盖分析和虚拟现实模块,对卫星地面机动目标的覆盖算法和可视化技术进行研究.覆盖分析仿真结果表明:地面目标在机动过程中,侦察卫星对其实时位置的覆盖数据与目前采用的区域覆盖数据有一定差异,利用仿真结果能够有效减小覆盖预警数据的误差,且仿真结果与实际观测数据拟合良好.所提的方法处理地面机动目标侦察卫星覆盖情况准确度高,侦察卫星作战仿真过程逼真,具有很好的军事应用价值.     

卫星组网可视化仿真系统设计与实现

卫星组网是满足未来空间通信需求的有效方式,为实现空间卫星组网的可视化,设计了一种卫星组网可视化仿真系统;系统由星座设计分系统、星座覆盖性能分析分系统、数据处理分系统和可视化分系统组成;在组网过程中,首先在星座设计分系统中设置星座的参数,根据轨道参数模型计算出星座中每颗卫星的轨道参数,并将计算结果输出给星座覆盖性能分析分系统,完成对纬度、区域和全球覆盖效果的分析、评估和显示;仿真结果表明:系统能够对卫星组网进行实时计算和显示,计算精度比STK仿真软件提高12%,系统运行稳定,界面良好。     

转台控制实时虚拟监测及卫星动画演示技术研究

针对卫星姿态控制物理仿真实验任务的需要,在单轴气浮物理仿真平台环境下,研制了转台机动控制参数实时监测和卫星三维动画实时仿真演示实验系统;用LabVIEW软件实现了转台机动控制参数实时采集及显示,自动打印及自动存储功能,并调用STK的Connect函数功能,实现了转台机动过程的卫星实时三维图形动画演示功能,并在LAN下实现数据共享和数据备份;该实验系统可提供转台机动控制参数,如机动角度,机动时间,机动角度误差,最小机动角度,最大机动角度及卫星三维姿态和轨道实时仿真参数;实验结果表明达到了预定设计效果和实验任务要求。     

面向观测任务的小卫星轨道仿真优化设计

研究对地观测小卫星轨道设计问题,是以区域覆盖性能为优化目标,对小卫星进行轨道设计。传统轨道设计方法要建立复杂的轨道动力学模型,优化过程计算量大、效率低,优化结果对不确定因素考虑不足。针对以上问题,结合遗传算法(GA)与灵敏度分析对面向区域观测任务的小卫星轨道进行优化设计。通过连接STK与VC实现覆盖性能计算,利用遗传算法实现小卫星轨道优化,采用灵敏度分析方法研究优化后的轨道参数变化对覆盖性能的影响程度。仿真结果表明优化后的小卫星轨道满足设计要求,能够达到覆盖性能最优。仿真结论,改进方法简单有效,优化效率高,可为实际工程中的小卫星轨道设计提供借鉴。     

基于STK的靶标布设分析建模与仿真

由于靶标布设是航天测控的重要问题之一,覆盖分析为靶标布设提供重要的参考依据.为研究靶标布设的规律特点,提高测控质量,提出了利用STK进行仿真分析.针对某个工程中的靶标布设问题,采用卫星携带相机的侧摆情况和相机类型的情况,对卫星过境的覆盖品质进行了分析建模.并运用MATLAB与STK软件进行联合仿真,得出6种模式下的覆盖结果.仿真结果表明,无论是否侧摆还是相机类型不同的情况下,卫星过境时长均只与所处纬度有关,与经度无关,并且纬度越高,覆盖品质越好.     

基于STK跟踪与数据中继卫星轨道设计与仿真

发展跟踪与数据中继卫星对于构建天基测控网有着重要意义.概述了跟踪与数据中继卫星的定义与任务,阐述了跟踪与数据中继卫星通常选择的轨道,分析了地球静止轨道(GEO)中继卫星的地面覆盖特性和两颗GEO星组网的轨道覆盖盲区,以及中低轨卫星组网的步骤.提出了利用STK仿真分析中继卫星星座构形的方法,设计了基于STK的适合我国的地球静止轨道、大椭圆轨道、近圆轨道三种轨道的中继卫星星座与中低轨用户星的可见性仿真试验,通过对仿真结果的分析提出了我国中继卫星星座构形的初步设想.     

对地观测卫星成像区域仿真研究

为了发挥对地观测卫星在大面积、实时、快速获取地表数据方面的优势,用户需要事先掌握对于自己感兴趣区域上空的卫星过境情况和成像能力。本文通过对卫星轨道预报模型与算法、卫星地面成像区域边界轨迹计算模型和算法的探讨与实践,得到了一些对卫星成像区域仿真有益的经验。试验证明,对于无侧视情况下,使用较旧的卫星轨道根数来计算卫星成像区域,仍能满足用户对于成像区域预报的精度要求。     

MATLAB/STK联合仿真方法研究及GUI设计

详细介绍了MATAB(矩阵实验室)与STK(卫星工具箱)软件互联的方法;STK提供了相应的二次开发接口,可供MATLAB等软件进行二次开发;利用MATLAB和STK软件组合搭建仿真环境,以某Walker星座的设计与优化算法为例,具体介绍了联合仿真步骤流程及GUI界面的设计方法,并综合考虑了卫星轨道、传感器以及卫星编队等相关参数对星座最优设计的影响;结果表明,利用MATLAB和STK组合仿真能够以图像及数据列表的形式方便直观的给出最优结果,通过联合仿真,较大程度上减小了MATLAB的编程工作量,同时通过GUI界面的设计,以可视化的形式对主体程序进行集成,只需输入参数,便可快速进行相应的轨道仿真与数据输出,避免了在进行卫星星座设计时需反复对STK参数进行调整的工作;在对卫星星座设计与运行轨道的问题分析中,MATLAB/STK联合仿真相较于使用单一软件进行问题分析而言,要更加便利、形象直观。     

基于Web的资源卫星覆盖查询设计与仿真

卫星覆盖是卫星应用中最主要的环节之一,它将决定卫星的最终服务范围.根据卫星和地球间的关系可以将卫星分为两类:静止星和动态星;静止星的覆盖范围理论上足个常量,动态星的覆盖范围随着时间而动态地改变.为了方便用户实时查询过境的动态卫星,提到一种基于网络的卫星覆盖查询系统.根据卫星类别分别提出了两种传感器覆盖模型,并简单描述了网络访问的实现方式,从而实现了对卫星覆盖的动态仿真.为了验证仿真结果的有效性,将其结果和卫星软件STK覆盖模块仿真结果进行了比较,整体得到了较好的仿真效果.     

对地观测小卫星轨道机动仿真研究

针对我国对地观测小卫星的轨道机动任务要求,该文设计了轨道机动的软件模块和主要程序.该套软件设计的目的是为了能使卫星在最短的时间内由平时轨道机动到战时轨道.该套软件根据卫星轨道调整前后的轨道参数特点和轨道调整后的星下点轨迹要求,确定机动时间,将调整轨道半长轴与微调星下点轨迹结合起来,在最短时间内完成轨道调整任务.最后根据某对地观测小卫星的任务和技术指标要求,仿真其轨道机动过程.仿真结果表明,该系统具有很高的实用价值.     

封锁搜索任务的卫星摆角选择优化方法

封锁搜索指在大体上了解目标运动方向及运动速度时对预定境界进行的搜索活动。使用卫星进行封锁搜索具有特别的优势,而使用多颗成像侦察卫星时,需选择合适的侧摆方案以获得较好的发现率。由于卫星参数的计算较复杂,而STK能对卫星的运行进行很好的仿真和计算各项卫星参数,因此针对封锁搜索的特点,首先使用STK进行仿真预处理得到卫星参数,进而建立数学模型并求解,较好地解决了该问题,最后通过实例验证了求解模型可行性和有效性。     

STK/Scheduler在卫星数传调度中的应用研究

卫星数传调度问题是一类复杂的组合优化问题,即如何为卫星数传任务分配地面资源的问题,它是当前航天领域需要重点研究的问题之一.STK/Scheduler模块是STK工具包中的调度模块,对外提供了二次开发功能.针对卫星数传调度问题,研究了STK/Scheduler模块在该问题中的应用.首先在分析问题的基础上建立了卫星数传任务模型和调度模型,然后对基于STK/Scheduler的卫星数传调度系统进行了设计.最后利用AFIT基准数据进行了验证,结果表明在卫星数传任务规模不太大的情况下,TK/Scheduler为卫星数传调度问题的求解提供了一条捷径.     

Pre-LOI trajectory maneuvers of the CHANG’E-2 libration point mission

This paper addresses pre-LOI (before Lissajous orbit insertion) trajectory maneuvers for the libration point mission of CHANG’E-2,which is the first Chinese satellite to fly to the Sun-Earth L2 libration point and the first satellite ever to fly to the L2 point from lunar orbit.First,a transfer trajectory for the mission is designed based on InterPlanetary Superhighway theory under the constraint of the remaining propellant,TT&C (telemetry,track and command) and sunlight conditions.The effects of trajectory maneuver errors on the mission are also analyzed.Second,based on the analysis results,the article investigates the trajectory maneuver schemes for the lunar escape and transfer trajectory maneuvers employing mathematical models and operational strategies.The mission status based on our maneuver schemes is then presented,and the results of control operation and corresponding analysis are provided in detail.Finally,the future trajectory maneuver in the Lissajous orbit is discussed.According to the analysis of the CHANG’E-2 TT&C data,the trajectory maneuver schemes proposed in the article work properly and efficiently.     

基于STK/Scheduler的空间天文卫星任务规划研究

空间天文卫星任务规划是一类复杂的NP难问题,将STK/Scheduler(Satellite Tool Kit/ Scheduler,卫星仿真工具包/任务规划)商业软件从对地观测任务规划领域拓展应用至空间天文卫星任务规划领域,对于获取可靠解算结果、快速构建地面运控仿真环境、提供解算参考基准具有重要意义。根据空间天文卫星任务规划问题,建立了以最大获取科学回报为目标的多约束任务规划模型,开展了基于STK/Scheduler的空间天文卫星任务规划解算和实例验证。实验结果表明:利用STK/Scheduler开展空间天文卫星任务规划能够适应多种规划时段和解算要求,具有求解稳定等特点,可以满足空间天文卫星任务规划的基本需求。     

基于STK的卫星系统设计优化研究

随着小卫星技术的发展,卫星系统的结构和功能也越来越复杂。为了降低卫星系统的造价,提高卫星系统的性能,需要对卫星系统进行设计优化。该文针对目前通用设计软件的不足,提出在STK和ModelCenter的基础上。开发卫星系统设计优化平台,详细阐述了基于STK仿真环境的卫星系统设计优化过程。为实现卫星系统的设计优化,应在任务分析的基础上定义STK场景,确定卫星系统的性能评价指标和设计变量,对设计变量进行敏感性分析,选择关键的设计变最,确定优化目标函数和约束条件并进行优化求解。最后给出了一个卫星系统设计优化的应用实例。     

卫星编队飞行仿真中STK-RTI中间件的研究

卫星在编队飞行任务分析与可视化动态场景仿真,能使多颗卫星保持相对协同工作,但与外界交互集成能力较差。为了能够成为HLA(高层体系结构)的联邦成员,设计并实现了连接STK与RTI的中间件。通过相关分析设计了STK-RTI中间件的功能结构,采用服务转换机制建立了STK/Connect模块功能函数和RTI标准服务之间的映射关系,实现了STK和其它联邦成员之间的交互,并在编队飞行仿真中对中间件的可行性进行了验证,拓展了STK的使用范围。     

基于STK的侦察卫星预警系统设计与仿真

侦察卫星可以全方位全天候的对全球进行侦察,对侦察卫星的预警是有必要的.文中首先基于Access数据库建立了侦察卫星数据库,主要针对光学成像卫星、雷达成像卫星以及电子侦察卫星三类;通过STK(卫星工具包)的STK/Connect模块实现了侦察卫星数据库与STK的连接,基于STK平台实时的显示了侦察卫星的在轨运行以及对地覆盖情况.文中通过VC来生成系统界面,首先通过界面来操作数据库信息,然后把卫星载入到STK平台,通过界面设定仿真时间,设定特定区域,仿真设定的时间段内卫星的运行及对区域的访问情形,通过STK的报告生成功能可生成卫星在此时间段内对区域的访问报告,根据报告可对访问该区域的侦察卫星进行预警.