王勇 田勛 韓家翔

摘 要：本文先從STK軟件的基本功能介紹為切入點(diǎn)，探究了任務(wù)仿真中的具體步驟，得出了相應(yīng)操作流程，最后通過(guò)對(duì)STK軟件進(jìn)行仿真模擬的分析，得出了STK軟件在航天裝備任務(wù)仿真中的一些結(jié)論，例如STK軟件主要適用于一些仿真任務(wù)的數(shù)量較少、實(shí)時(shí)性差，但對(duì)場(chǎng)景可視化要求高的航天裝備任務(wù)中;還能夠通過(guò)STK軟件的接口對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)與利用，該方法主要應(yīng)用于工程時(shí)間短、功能需求較單一的航天裝備任務(wù)仿真中。

關(guān)鍵詞：航天裝備任務(wù);STK軟件;應(yīng)用分析

引言：

伴隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，隨之推動(dòng)航天技術(shù)的飛速進(jìn)步，同時(shí)也對(duì)航天裝備任務(wù)的仿真程度、設(shè)計(jì)真實(shí)性、規(guī)劃合理性有著更嚴(yán)格的要求。STK軟件作為航天裝備任務(wù)仿真軟件的核心，其具有高度可視化功能、相關(guān)模塊組件完善、模型的精確度高、使用方法特別簡(jiǎn)捷等優(yōu)點(diǎn)，并且也逐漸應(yīng)用于的國(guó)外航天事業(yè)中。通過(guò)利用STK軟件顯示航天裝備任務(wù)的模擬場(chǎng)景，不僅能夠讓操作人員的技術(shù)水平得到提升，還能夠提升對(duì)航天裝備任務(wù)進(jìn)行技術(shù)分析的能力。

1 STK軟件簡(jiǎn)介

STK其全稱是Satellite Tool Kit，是AGI公司所研發(fā)出來(lái)的一款對(duì)航天任務(wù)進(jìn)行模擬分析的軟件，其對(duì)圖像與數(shù)據(jù)有著強(qiáng)大的分析功能，保障了航天裝備任務(wù)的持續(xù)運(yùn)行，并為其提供更加高效的技術(shù)支持[1]。

1.1航天任務(wù)

航天工程師和相關(guān)任務(wù)操作人員能夠通過(guò)STK軟件對(duì)航天裝備任務(wù)進(jìn)行全方位的仿真模擬，不僅提高了其工作的熟練度，而且還能夠形成規(guī)范化的操作流程，為以后的真實(shí)航天任務(wù)做準(zhǔn)備。使用者能夠通過(guò)AGI公司所提供的航天動(dòng)力學(xué)引擎和相關(guān)模擬組件等技術(shù)達(dá)到對(duì)真實(shí)航天任務(wù)的流程規(guī)范與探尋航天裝備任務(wù)的可行性，并且通過(guò)STK軟件來(lái)對(duì)航天系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化改造與升級(jí)，以此來(lái)保證航天裝備任務(wù)能夠順利的完成[2]。

1.2自動(dòng)化指揮系統(tǒng)

STK軟件中的相關(guān)模塊能夠以最快的速度響應(yīng)用戶的需求。STK軟件也是專門為C4ISR而進(jìn)行研發(fā)的，所以以此背景下設(shè)計(jì)具有可視化能力強(qiáng)、計(jì)算能力強(qiáng)的特點(diǎn)。STK還能夠?qū)Φ贸龅慕Y(jié)論進(jìn)行快速的建模操作，以此來(lái)確保在設(shè)計(jì)、測(cè)試方面的能力;還能夠通過(guò)發(fā)送模擬情報(bào)來(lái)鍛煉操作者的反應(yīng)能力，以此來(lái)確保在實(shí)際操作過(guò)程中的準(zhǔn)確性。

1.3無(wú)人駕駛飛機(jī)和航空器任務(wù)

STK軟件中的相關(guān)模塊組件能夠快速回應(yīng)操作者發(fā)布的無(wú)人駕駛飛機(jī)和航天任務(wù)請(qǐng)求。STK軟件還允許操作者能夠?qū)教炱鬟M(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)，以及數(shù)據(jù)分析，讓其軟件的功能得到完善，并且仿真程度能夠更加貼切實(shí)際[3]。

2 STK在航天裝備任務(wù)仿真中的應(yīng)用分析

STK在航天裝備任務(wù)仿真中的主要要點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

2.1制定矢量幾何

首先需要為整個(gè)航天裝備任務(wù)的場(chǎng)景構(gòu)建空間坐標(biāo)系、坐標(biāo)軸和空間面，然后再通過(guò)繪制特殊的空間坐標(biāo)系來(lái)重新規(guī)劃航天器的狀態(tài)與航行軌跡，最后通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析來(lái)達(dá)到軌跡可視化的目的。

2.2消除空間環(huán)境的影響

通過(guò)STK軟件對(duì)在軌道中的航天裝備建立引力場(chǎng)模型，并且有效利用三體效應(yīng)消除空間環(huán)境所帶來(lái)的影響。

2.3對(duì)軌道、彈道設(shè)計(jì)實(shí)行變軌策略

STK軟件不僅能夠?qū)教煅b備的軌跡進(jìn)行分析，而且還可以對(duì)運(yùn)載火箭的運(yùn)行軌跡進(jìn)行分析，還可以通過(guò)對(duì)地球引力與月球引力等的分析實(shí)現(xiàn)航天裝備變軌的操作，以此來(lái)更好的對(duì)航天裝備進(jìn)行更加準(zhǔn)確的操作。

2.4姿態(tài)模型的建立

在進(jìn)行航天裝備任務(wù)仿真的過(guò)程中，STK軟件需要對(duì)處于多個(gè)時(shí)間內(nèi)的航天器進(jìn)行姿態(tài)模型建立，以此來(lái)構(gòu)建航行軌跡姿態(tài)、三軸穩(wěn)定姿態(tài)和變軌姿態(tài)，更好地對(duì)航天器的航行狀態(tài)與航行軌跡進(jìn)行精準(zhǔn)的把控。

2.5傳感器模型的建立

在進(jìn)行航天裝備任務(wù)仿真的過(guò)程中，STK軟件能夠通過(guò)利用傳感器掌握地面站的覆蓋程度，以此來(lái)幫助軟件進(jìn)行相關(guān)的任務(wù)分析操作。

2.6通信模型的建立

通信模型的建立主要包含了信號(hào)發(fā)射器與信號(hào)接收器這兩個(gè)設(shè)備，其模型建立初衷則是幫助軟件分析航天器的抗干擾能力與其測(cè)控鏈路的性能，以此來(lái)對(duì)航天裝備進(jìn)行更加嚴(yán)格的管控。

2.7數(shù)據(jù)合并

STK能夠通過(guò)三維圖形窗口對(duì)航天器的測(cè)控鏈路進(jìn)行有效、實(shí)時(shí)的監(jiān)控，以此來(lái)保證航天裝備所反饋的信息能夠?qū)崟r(shí)顯示在操作者眼前。

2.8可操作性與系統(tǒng)集成性

STK軟件能夠與Matlab軟件之間達(dá)成互相合作的關(guān)系，共同來(lái)對(duì)航天裝備任務(wù)進(jìn)行仿真場(chǎng)景的分析，能夠更加真實(shí)的將畫面模擬出來(lái)。

3 仿真案例分析

較之于其他仿真軟件來(lái)說(shuō)，STK的操作界面更加友好。該軟件的設(shè)計(jì)主要是基于面向?qū)ο蟮睦砟睿俳Y(jié)合分級(jí)組織的模式，完成仿真場(chǎng)景的制作。一個(gè)STK場(chǎng)景對(duì)應(yīng)一個(gè)仿真實(shí)例，其中有六類運(yùn)動(dòng)對(duì)象、三類固定對(duì)象以及五類對(duì)象關(guān)系包含在STK場(chǎng)景中，除此之外還有四類設(shè)備存在于每種對(duì)象之下。要想進(jìn)行實(shí)際的仿真建?；蛘呤秋w行演習(xí)，就可以通過(guò)場(chǎng)景的設(shè)定來(lái)完成[4]。同時(shí)STK軟件還能對(duì)復(fù)雜的地面環(huán)境進(jìn)行分析，給具體的航天作業(yè)制定最佳的執(zhí)行計(jì)劃。通過(guò)這種方式能達(dá)到更快的建模速度，因此就有效的縮短了任務(wù)的周期;但STK軟件的程序擴(kuò)展性較低，無(wú)法通過(guò)使用用戶其它的代碼程序，因此該軟件只能運(yùn)行已有的功能。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，STK軟件能夠?qū)πl(wèi)星的航行軌道進(jìn)行模擬，并且將其模擬仿真的圖像真實(shí)的顯示出來(lái)，還能夠?qū)ζ渌a(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析。工程師與操作者能夠通過(guò)STK所分析出的數(shù)據(jù)來(lái)觀測(cè)出航天裝備任務(wù)中所存在的不足與需要改進(jìn)的地方，還能夠?qū)ζ滹w行軌跡和測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，充分的展示了STK軟件在航天裝備任務(wù)中的真實(shí)性與可行性，這也為我國(guó)的航天事業(yè)做出了卓越的貢獻(xiàn)，讓航天裝備任務(wù)的仿真操作能夠切切實(shí)實(shí)的應(yīng)用于實(shí)際過(guò)程中。

參考文獻(xiàn)：

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[2]雷博持、牛新亮、井成、韓沖、萬(wàn)貝.STK及IGS廣播星歷在BDS仿真中的應(yīng)用[J].航天控制，2020，v.38;No.187（05）：55-61.

[3]郝梁，肖楓，張潤(rùn)寧，等.應(yīng)用多普勒牽引的高分辨率星載SAR滑動(dòng)聚束模式設(shè)計(jì)方法[J].航天器工程，2020，029（002）：23-29.

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