STK軟件在航天裝備任務仿真中的應用

文/許慶 侯興明

隨著我國航天事業的快速發展，對從事航天裝備任務的規劃、設計和仿真提出了更高要求。使用STK軟件搭建航天裝備任務場景，效果逼真、專業性強，具有自身的優勢，對提高航天裝備任務分析的技術水平具有積極促進作用。

1 STK軟件相關介紹

STK（Satellite Tool Kit）軟件是Analytical Graphics,Inc.（AGI）公司開發的系統分析軟件，是航天領域處于領先地位的商業分析軟件，具備較強的分析、圖形支持和數據輸出功能，為航天任務的設計和分析提供了有力的技術支持。它支持在復雜集成的陸海空天場景下進行任務分析、規劃、設計、操作以及事后分析等功能。主要應用于航天任務、自動化指揮系統（C4ISR）、無人駕駛飛機（Unmanned Aerial Vehicle）和航空器任務等。

1.1 航天任務

利用AGI公司的航天動力學引擎好人集成可視化技術專利，提供現成的商用軟件用于支持航天任務整個周期內的仿真，為設計工程師、任務操作者提供工具箱一極大限度提高航天任務設計和操作領域工作的效率。用戶可以利用應用、引擎或組件等多種形式的技術實現以實現開發和研究航天任務概念；設計、分析和優化航天系統；為確定航天任務狀態、保護航天設施以及維持可靠的航天操作提供有力的保障。

1.2 自動化指揮系統

STK 提供的系列軟件模塊允許用戶快速響應戰爭要求。STK專門為C4ISR的概念開發、工程化和數據分析進行設計，因此在任務背景下的專業計算和動態可視化方面具有優勢。STK可用來完成對提出的結論進行快速建模；設計、優化和測試C4ISR軟件系統；模擬情報、監視和偵察任務并訓練操作者；為任務關鍵需求提供準確的答案。

1.3 無人駕駛飛機和航空器任務

圖1：地球軌道衛星飛行軌道的三維圖形界面顯示

STK提供的系列軟件模塊允許用戶快速響應UAV和航空器任務要求。STK專門為UAV何航空器的概念開發、工程化和數據分析進行設計，因此在任務背景下的專業計算和動態可視化方面具有優勢。STK可用來完成支持概念設計和系統描述；對提供的結構進行快速建模；設計和測試UAV系統；規劃、優化和分析UAV任務；模擬UAV任務并訓練操作者；分析任務。STK同時允許用戶專門為航空器任務的開發、工程化和數據分析進行設計，因此在任務背景下的專業計算和動態可視化方面具有優勢。STK可以支持概念設計和系統描述；規劃、優化和分析模型環境；開發定制的應用程序。

2 STK在航天裝備任務仿真應用的步驟

STK在航天裝備任務仿真應用的一般步驟如下：

（1）定制矢量幾何。創建航天裝備任務中的矢量、面、坐標軸和坐標系；利用定制的坐標軸和坐標系定義航天裝備的姿態和軌道，在指定坐標系下實現軌道的可視化。

（2）帶有完整力模型的空間環境影響。在軌道外推中利用到引力場模型和三體效應。

（3）軌道、彈道設計和變軌策略。仿真分析了運載火箭彈道、地球軌道、月球軌道和行星際軌道，并分析變軌過程。

（4）姿態建模。對多個時間段的航天器姿態建模，生成航跡姿態、三軸穩定姿態以及變軌姿態。

（5）傳感器建模。利用傳感器建模分析了地面站的覆蓋范圍，并利用于分析任務性能。

（6）通信建模。定義含天線指向的具體發射機和接收機，分析航天器的測控鏈路性能以及抗干擾性能。

（7）實時數據融合。利用三維圖形窗口實時監視測控鏈路性能。

（8）互操作性和集成化。利用STK/Matlab協同工作進行復雜航天任務的仿真分析。

3 應用實例

創建仿真場景設置仿真時間和星歷時刻，于Astrogator頁面中添加衛星并創建目標序列，通過設置衛星飛行時段的軌道特性，導入地球軌道衛星的軌道數據，實現對軌道設計結果的仿真，如圖1所示。

4 結束語

STK軟件可以進行衛星軌道模擬與仿真成像并進行數據分析。通過STK提供數據報表及報告形式的分析結果，實現對航天裝備在環繞地球飛行的軌道以及測控性能分析，實例證明了軟件分析的可行性與準確性。該軟件能夠為航天裝備任務仿真的應用實踐提供支持。