航天裝備任務仿真中STK軟件的應用分析

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，探究了任務仿真中的具體步驟，得出了相應操作流程，最后通過對STK軟件進行仿真模擬的分析，得出了STK軟件在航天裝備任務仿真中的一些結論，例如STK軟件主要適用于一些仿真任務的數量較少、實時性差，但對場景可視化要求高的航天裝備任務中;還能夠通過STK軟件的接口對其進行二次開發與利用，該方法主要應用于工程時間短、功能需求較單一的航天裝備任務仿真中。

關鍵詞：航天裝備任務;STK軟件;應用分析

引言：

伴隨著我國科技的不斷發展，隨之推動航天技術的飛速進步，同時也對航天裝備任務的仿真程度、設計真實性、規劃合理性有著更嚴格的要求。STK軟件作為航天裝備任務仿真軟件的核心，其具有高度可視化功能、相關模塊組件完善、模型的精確度高、使用方法特別簡捷等優點，并且也逐漸應用于的國外航天事業中。通過利用STK軟件顯示航天裝備任務的模擬場景，不僅能夠讓操作人員的技術水平得到提升，還能夠提升對航天裝備任務進行技術分析的能力。

1 STK軟件簡介

STK其全稱是Satellite Tool Kit，是AGI公司所研發出來的一款對航天任務進行模擬分析的軟件，其對圖像與數據有著強大的分析功能，保障了航天裝備任務的持續運行，并為其提供更加高效的技術支持[1]。

1.1航天任務

航天工程師和相關任務操作人員能夠通過STK軟件對航天裝備任務進行全方位的仿真模擬，不僅提高了其工作的熟練度，而且還能夠形成規范化的操作流程，為以后的真實航天任務做準備。使用者能夠通過AGI公司所提供的航天動力學引擎和相關模擬組件等技術達到對真實航天任務的流程規范與探尋航天裝備任務的可行性，并且通過STK軟件來對航天系統進行進一步的優化改造與升級，以此來保證航天裝備任務能夠順利的完成[2]。

1.2自動化指揮系統

STK軟件中的相關模塊能夠以最快的速度響應用戶的需求。STK軟件也是專門為C4ISR而進行研發的，所以以此背景下設計具有可視化能力強、計算能力強的特點。STK還能夠對得出的結論進行快速的建模操作，以此來確保在設計、測試方面的能力;還能夠通過發送模擬情報來鍛煉操作者的反應能力，以此來確保在實際操作過程中的準確性。

1.3無人駕駛飛機和航空器任務

STK軟件中的相關模塊組件能夠快速回應操作者發布的無人駕駛飛機和航天任務請求。STK軟件還允許操作者能夠對航天器進行特殊的設計，以及數據分析，讓其軟件的功能得到完善，并且仿真程度能夠更加貼切實際[3]。

2 STK在航天裝備任務仿真中的應用分析

STK在航天裝備任務仿真中的主要要點有以下幾點：

2.1制定矢量幾何

首先需要為整個航天裝備任務的場景構建空間坐標系、坐標軸和空間面，然后再通過繪制特殊的空間坐標系來重新規劃航天器的狀態與航行軌跡，最后通過對數據的分析來達到軌跡可視化的目的。

2.2消除空間環境的影響

通過STK軟件對在軌道中的航天裝備建立引力場模型，并且有效利用三體效應消除空間環境所帶來的影響。

2.3對軌道、彈道設計實行變軌策略

STK軟件不僅能夠對航天裝備的軌跡進行分析，而且還可以對運載火箭的運行軌跡進行分析，還可以通過對地球引力與月球引力等的分析實現航天裝備變軌的操作，以此來更好的對航天裝備進行更加準確的操作。

2.4姿態模型的建立

在進行航天裝備任務仿真的過程中，STK軟件需要對處于多個時間內的航天器進行姿態模型建立，以此來構建航行軌跡姿態、三軸穩定姿態和變軌姿態，更好地對航天器的航行狀態與航行軌跡進行精準的把控。

2.5傳感器模型的建立

在進行航天裝備任務仿真的過程中，STK軟件能夠通過利用傳感器掌握地面站的覆蓋程度，以此來幫助軟件進行相關的任務分析操作。

2.6通信模型的建立

通信模型的建立主要包含了信號發射器與信號接收器這兩個設備，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控鏈路的性能，以此來對航天裝備進行更加嚴格的管控。

2.7數據合并

STK能夠通過三維圖形窗口對航天器的測控鏈路進行有效、實時的監控，以此來保證航天裝備所反饋的信息能夠實時顯示在操作者眼前。

2.8可操作性與系統集成性

STK軟件能夠與Matlab軟件之間達成互相合作的關系，共同來對航天裝備任務進行仿真場景的分析，能夠更加真實的將畫面模擬出來。

3 仿真案例分析

較之于其他仿真軟件來說，STK的操作界面更加友好。該軟件的設計主要是基于面向對象的理念，再結合分級組織的模式，完成仿真場景的制作。一個STK場景對應一個仿真實例，其中有六類運動對象、三類固定對象以及五類對象關系包含在STK場景中，除此之外還有四類設備存在于每種對象之下。要想進行實際的仿真建模或者是飛行演習，就可以通過場景的設定來完成[4]。同時STK軟件還能對復雜的地面環境進行分析，給具體的航天作業制定最佳的執行計劃。通過這種方式能達到更快的建模速度，因此就有效的縮短了任務的周期;但STK軟件的程序擴展性較低，無法通過使用用戶其它的代碼程序，因此該軟件只能運行已有的功能。

結束語

綜上所述，STK軟件能夠對衛星的航行軌道進行模擬，并且將其模擬仿真的圖像真實的顯示出來，還能夠對其所產生的數據進行有效的分析。工程師與操作者能夠通過STK所分析出的數據來觀測出航天裝備任務中所存在的不足與需要改進的地方，還能夠對其飛行軌跡和測試數據進行分析，充分的展示了STK軟件在航天裝備任務中的真實性與可行性，這也為我國的航天事業做出了卓越的貢獻，讓航天裝備任務的仿真操作能夠切切實實的應用于實際過程中。

參考文獻：

[1]王衛杰，張雅聲，任元，等.基于STK的航天器軌道動力學仿真教學方法研究[J].實驗技術與管理，2020，v.37;No.285（05）：187-191.

[2]雷博持、牛新亮、井成、韓沖、萬貝.STK及IGS廣播星歷在BDS仿真中的應用[J].航天控制，2020，v.38;No.187（05）：55-61.

[3]郝梁，肖楓，張潤寧，等.應用多普勒牽引的高分辨率星載SAR滑動聚束模式設計方法[J].航天器工程，2020，029（002）：23-29.

[4]陳銘杰，池程芝，劉博文，等.基于場景的民用飛機健康管理可視化仿真研究與實現[J].航空科學技術，2020（7）：35-39.