本書是一本入門級的STK學(xué)習(xí)教材,是在《掌握與精通STK》的基礎(chǔ)上,重點對STK 在航天領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的專業(yè)模塊進行整理歸納,涵蓋衛(wèi)星專業(yè)分析工具、軌道機動與軌道設(shè)計模塊、覆蓋分析模塊、關(guān)聯(lián)分析模塊、光電紅外模塊、雷達模塊、導(dǎo)彈任務(wù)分析工具、太空環(huán)境及其效應(yīng)模塊、任務(wù)規(guī)劃模塊、軌道確定模塊共10個模塊。
本書既可供從事航天任務(wù)仿真的工程技術(shù)人員和科研人員使用,也可作為高等院校航天、導(dǎo)彈系統(tǒng)建模與仿真等相關(guān)專業(yè)的高年級本科生、研究生的教材。
本書對STK在航天領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的10個專業(yè)模塊進行詳細介紹，通俗易懂，圖文并茂，四色印刷，參數(shù)設(shè)置和仿真效果一目了然。
隨著STK功能的不斷擴展,STK的應(yīng)用領(lǐng)域也由最初的衛(wèi)星領(lǐng)域擴展到陸、海、空、天、電各個領(lǐng)域,其名稱也由“衛(wèi)星工具箱”更改為“系統(tǒng)工具箱”。STK 以其精確的分析結(jié)果、豐富的數(shù)據(jù)報告、逼真的場景顯示、快速的任務(wù)分析贏得了各領(lǐng)域?qū)＜业恼J可,成為航天及其相關(guān)領(lǐng)域最具影響力的軟件之一。
《掌握與精通STK(專業(yè)篇)》是在《掌握與精通STK》的基礎(chǔ)上,重點對STK在導(dǎo)彈、航天領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的專業(yè)模塊進行整理歸納,涵蓋衛(wèi)星專業(yè)分析工具、軌道機動與軌道設(shè)計模塊、覆蓋分析模塊、關(guān)聯(lián)分析模塊、光電紅外模塊、雷達模塊、導(dǎo)彈任務(wù)分析工具、太空環(huán)境及其效應(yīng)模塊、任務(wù)規(guī)劃模塊、軌道確定模塊共10個模塊。通過這些專業(yè)應(yīng)用模塊的學(xué)習(xí),再結(jié)合《掌握與精通STK》中關(guān)于對象的基本屬性、二維屬性、三維屬性、約束屬性、報告圖表以及外部文件等基礎(chǔ)內(nèi)容的學(xué)習(xí),基本可以掌握STK的使用。
全書共分10章,第1章主要介紹衛(wèi)星的專業(yè)分析工具,包括高保真預(yù)報器、姿態(tài)分析和各種衛(wèi)星工具等;第2章主要介紹衛(wèi)星軌道機動與軌道設(shè)計Astrogator模塊的功能;第3章主要介紹覆蓋分析Coverage模塊,覆蓋分析模塊廣泛應(yīng)用于航天偵察、衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域的覆蓋性能分析;第4章主要介紹關(guān)聯(lián)分析工具CAT,包括接近分析、激光照射安全分析、發(fā)射窗口安全分析等;第5章主要介紹光電紅外EOIR模塊,從光學(xué)特性對目標(biāo)的光電紅外特性進行仿真;第6章主要介紹雷達Radar模塊,從信號層對雷達系統(tǒng)進行仿真,包括雷達系統(tǒng)、工作模式相控陣雷達、多功能雷達等;第7章主要介紹專業(yè)的導(dǎo)彈分析工具MMT,包括導(dǎo)彈設(shè)計工具、導(dǎo)彈飛行工具、攔截分析工具等;第8章主要介紹太空環(huán)境及其效應(yīng)分析工具SEET,分析太空環(huán)境及其對航天器的影響;第9章主要介紹任務(wù)規(guī)劃Scheduler模塊,該模塊可用于太空目標(biāo)觀測任務(wù)規(guī)劃、航天偵察任務(wù)規(guī)劃等;第10章主要介紹ODTK軌道確定模塊,包括測量數(shù)據(jù)的生成、初軌的確定、軌道的改進與優(yōu)化等功能。
盧旺、陶雪峰、馮飛、周�？〉葏⑴c了部分書稿的編寫和校對工作,為書稿的最終完成做出了重要的貢獻,在此致以衷心的感謝!
希望借助本書,讀者可以快速了解和掌握STK 在多個專業(yè)仿真領(lǐng)域的特點和使用操作。由于編者水平有限,書中不妥之處,希望同行專家和讀者提出寶貴意見,我們將不勝感激!
作 者
2020年10月
刁華飛，博士，航天工程大學(xué)副研究員，主要從事航天任務(wù)分析、設(shè)計與仿真領(lǐng)域的教學(xué)與研究工作。使用STK十余年，精通STK在航天任務(wù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，解決實際任務(wù)中的問題。
第1章 衛(wèi)星專業(yè)分析工具(STK/SatPro) 1
1.1 軌道預(yù)報器 2
1.1.1 高精度軌道預(yù)報器 2
1.1.2 長期軌道預(yù)報器 3
1.1.3 SP3預(yù)報器 3
1.2 姿態(tài)增強工具 5
1.2.1 姿態(tài)分析 5
1.2.2 姿態(tài)文件 10
1.2.3 姿態(tài)模擬器 10
1.3 衛(wèi)星工程工具 12
1.3.1 TLE生成工具 12
1.3.2 B Plane模板工具 13
1.3.3 壽命計算工具 15
1.3.4 太陽帆板工具 17
1.3.5 Model面積工具 19
1.3.6 Walker星座工具 19
第2章 軌道機動與軌道設(shè)計模塊(STK/Astrogator) 22
2.1 任務(wù)控制序列 22
2.2 任務(wù)控制序列基本段 25
2.2.1 初始狀態(tài)段 25
2.2.2 發(fā)射段 27
2.2.3 伴隨段 29
2.2.4 機動段 30
2.2.5 預(yù)報段 35
2.2.6 保持段 36
2.2.7 序列段 37
2.2.8 反向序列段 38
2.2.9 目標(biāo)序列段 39
2.2.10 更新段 40
2.2.11 返回段 41
2.2.12 停止段 41
2.3 Astrogator組件 41
2.3.1 計算對象組件 41
2.3.2 停止條件組件 42
2.4 Astrogator報告 43
第3章 覆蓋分析模塊(STK/Coverage) 44
3.1 覆蓋定義 45
3.1.1 覆蓋網(wǎng)格 45
3.1.2 覆蓋資源 49
3.1.3 時間區(qū)間 50
3.1.4 高級特性 50
3.2 覆蓋品質(zhì)參數(shù) 52
3.2.1 簡單覆蓋 53
3.2.2 覆蓋重數(shù) 53
3.2.3 覆蓋時間 54
3.2.4 重訪時間 55
3.2.5 訪問時長 56
3.2.6 訪問次數(shù) 57
3.2.7 訪問分隔時長 58
3.2.8 覆蓋間隙數(shù) 59
3.2.9 時間平均間隔 60
3.2.10 響應(yīng)時間 61
3.2.11 訪問約束 62
3.2.12 導(dǎo)航精度因子 63
3.2.13 導(dǎo)航精度 65
3.3 覆蓋圖形屬性 66
3.3.1 覆蓋定義二維屬性 67
3.3.2 覆蓋定義三維屬性 68
3.3.3 覆蓋品質(zhì)參數(shù)二維動態(tài)屬性 68
3.3.4 覆蓋品質(zhì)參數(shù)二維靜態(tài)屬性 70
3.3.5 覆蓋品質(zhì)參數(shù)三維靜態(tài)屬性 70
3.4 方位覆蓋分析 71
3.4.1 方位覆蓋 71
3.4.2 方位覆蓋品質(zhì)參數(shù) 72
3.5 覆蓋網(wǎng)格檢查工具 74
3.6 單對象覆蓋分析 75
第4章 關(guān)聯(lián)分析模塊(STK/CAT) 77
4.1 接近分析工具(CAT) 77
4.1.1 接近分析界面 78
4.1.2 接近分析時段 78
4.1.3 接近分析門限 78
4.1.4 接近分析高級選項 78
4.1.5 接近分析計算 81
4.1.6 接近分析報告 81
4.2 高級接近分析工具(AdvCAT) 81
4.2.1 定義威脅橢球 82
4.2.2 高級接近分析界面 82
4.2.3 定義橢球體尺寸類型 84
4.2.4 高級選項 86
4.2.5 AdvCAT三維顯示 87
4.3 激光接近分析工具(LaserCAT) 89
4.3.1 安全角定義 89
4.3.2 激光接近分析屬性 89
4.4 發(fā)射窗口分析工具 91
4.4.1 發(fā)射窗口分析界面 91
4.4.2 高級選項 93
4.4.3 圖形顯示選項 94
第5章 光電紅外模塊(STK/EOIR) 96
5.1 STK/EOIR概述 96
5.2 EOIR屬性 98
5.2.1 EOIR工具欄 98
5.2.2 EOIR配置界面 99
5.2.3 EOIR大氣模型 100
5.2.4 EOIR傳感器選項 101
5.2.5 導(dǎo)彈形狀 106
5.2.6 導(dǎo)彈級屬性 108
5.2.7 目標(biāo)形狀 109
5.2.8 材質(zhì)類型 110
5.2.9 合成場景生成 110
5.2.10 合成場景生成器 111
5.2.11 EOIR約束屬性 111
5.2.12 外部文件格式 112
第6章 雷達模塊(STK/Radar) 113
6.1 雷達系統(tǒng) 113
6.1.1 單基地雷達 114
6.1.2 雙基地雷達接收機 115
6.1.3 雙基地雷達發(fā)射機 116
6.1.4 多功能雷達 117
6.2 雷達工作模式 120
6.2.1 搜索/跟蹤雷達 120
6.2.2 合成孔徑雷達 124
6.3 雷達天線類型 126
6.3.1 天線模型 126
6.3.2 極 化 126
6.3.3 天線定向方法 130
6.3.4 多波束天線 132
6.3.5 相對位置偏移 132
6.4 雷達發(fā)射機 133
6.4.1 發(fā)射機參數(shù) 133
6.4.2 射頻濾波器 133
6.4.3 極 化 133
6.4.4 附加增益與損耗 133
6.5 雷達接收機 133
6.5.1 接收機參數(shù) 133
6.5.2 射頻濾波器 134
6.5.3 極 化 134
6.5.4 系統(tǒng)噪聲溫度 134
6.5.5 STC衰減 135
6.5.6 預(yù)增益與損耗 136
6.6 雷達干擾 136
6.7 雷達雜波 137
第7章 導(dǎo)彈任務(wù)分析工具(STK/MMT) 139
7.1 導(dǎo)彈設(shè)計工具(MDT) 139
7.1.1 MDT界面 140
7.1.2 MDT導(dǎo)彈編輯工具 151
7.1.3 MDT導(dǎo)入與導(dǎo)出 169
7.1.4 MDT仿真實例 172
7.2 導(dǎo)彈飛行工具(MFT) 178
7.2.1 MFT界面 179
7.2.2 導(dǎo)彈數(shù)據(jù)庫 188
7.2.3 命令行運行MFT 193
7.2.4 MFT仿真實例 195
7.3 攔截飛行工具(IFT) 199
7.3.1 IFT界面 199
7.3.2 IFT工具 203
7.3.3 IFT仿真實例 210
7.4 導(dǎo)彈轉(zhuǎn)換工具(MCT) 225
7.4.1 MCT界面 225
7.4.2 命令行運行MCT 231
第8章 太空環(huán)境及其效應(yīng)模塊(STK/SEET) 233
8.1 SEET模塊概述 233
8.2 SEET場景屬性 234
8.2.1 基本屬性 234
8.2.2 地磁場顯示屬性 236
8.3 SEET對象屬性 238
8.3.1 環(huán)境模型 238
8.3.2 熱模型 239
8.3.3 粒子能量模型 240
8.3.4 輻射屬性 241
8.3.5 SEET圖形顯示 243
8.3.6 銀河宇宙射線 243
8.3.7 太陽能粒子 244
8.3.8 SEET約束選項 245
8.4 太空環(huán)境仿真案例 246
8.4.1 輻射環(huán)境仿真案例 246
8.4.2 磁場環(huán)境仿真案例 249
8.4.3 飛行器溫度仿真案例 251
8.4.4 粒子碰撞仿真案例 252
第9章 任務(wù)規(guī)劃模塊(STK/Scheduler) 255
9.1 STK Scheduler簡介 255
9.1.1 菜單欄 257
9.1.2 工具欄 259
9.1.3 圖形視圖 260
9.2 定義資源 261
9.2.1 創(chuàng)建資源 261
9.2.2 資源屬性 263
9.3 定義任務(wù) 269
9.3.1 創(chuàng)建任務(wù) 269
9.3.2 任務(wù)屬性 270
9.4 消解沖突 278
9.4.1 選擇消解沖突算法 278
9.4.2 評價指標(biāo)FOM 279
9.4.3 運行消解沖突 280
9.4.4 規(guī)劃驗證 280
9.4.5 任務(wù)分配 281
9.4.6 沖突分析 281
9.5 任務(wù)規(guī)劃仿真案例 281
9.5.1 基本設(shè)置 282
9.5.2 定義資源 282
9.5.3 資源屬性 284
9.5.4 定義任務(wù) 288
9.5.5 規(guī)劃與分析 299
第10章 軌道確定模塊(STK/ODTK) 304
10.1 概 述 304
10.1.1 測量數(shù)據(jù)類型 304
10.1.2 定軌動力學(xué)模型 305
10.1.3 軌道確定工具 306
10.1.4 仿真器 307
10.1.5 濾波器平滑器一致性 307
10.2 ODTK界面 307
10.2.1 啟動界面 307
10.2.2 工作區(qū)管理 308
10.2.3 對象瀏覽器 308
10.2.4 對象屬性 309
10.2.5 消息窗口 309
10.2.6 菜單欄 309
10.2.7 工具欄 312
10.3 ODTK對象與屬性 312
10.3.1 創(chuàng)建與定義對象 312
10.3.2 公共屬性 313
10.3.3 場景屬性 323
10.3.4 衛(wèi)星屬性 328
10.3.5 測量系統(tǒng)屬性 336
10.3.6 測量站 336
10.3.7 發(fā)射機 338
10.3.8 濾波器 338
10.3.9 可變滯后平滑器 341
10.3.10 平滑器 342
10.3.11 仿真器 344
10.3.12 最小二乘改進器 346
10.3.13 初始軌道確定 347
10.3.14 GPS星座 350
10.3.15 GPS接收機 351
10.3.16 天 線 352
10.3.17 轉(zhuǎn)發(fā)器 353
10.3.18 后向反射器 353
10.3.19 測量數(shù)據(jù)文件格式 354
10.4 報告與圖形 356
10.4.1 靜態(tài)結(jié)果生成器 356
10.4.2 動態(tài)結(jié)果選擇器 358
10.4.3 圖 形 358
10.4.4 報 告 360
10.4.5 輸 出 361
10.4.6 儒略日定義 362
10.5 ODTK仿真案例 362
參考文獻 378
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