STK软件在航天装备任务仿真中的应用

文/许庆 侯兴明

随着我国航天事业的快速发展，对从事航天装备任务的规划、设计和仿真提出了更高要求。使用STK软件搭建航天装备任务场景，效果逼真、专业性强，具有自身的优势，对提高航天装备任务分析的技术水平具有积极促进作用。

1 STK软件相关介绍

STK（Satellite Tool Kit）软件是Analytical Graphics,Inc.（AGI）公司开发的系统分析软件，是航天领域处于领先地位的商业分析软件，具备较强的分析、图形支持和数据输出功能，为航天任务的设计和分析提供了有力的技术支持。它支持在复杂集成的陆海空天场景下进行任务分析、规划、设计、操作以及事后分析等功能。主要应用于航天任务、自动化指挥系统（C4ISR）、无人驾驶飞机（Unmanned Aerial Vehicle）和航空器任务等。

1.1 航天任务

利用AGI公司的航天动力学引擎好人集成可视化技术专利，提供现成的商用软件用于支持航天任务整个周期内的仿真，为设计工程师、任务操作者提供工具箱一极大限度提高航天任务设计和操作领域工作的效率。用户可以利用应用、引擎或组件等多种形式的技术实现以实现开发和研究航天任务概念；设计、分析和优化航天系统；为确定航天任务状态、保护航天设施以及维持可靠的航天操作提供有力的保障。

1.2 自动化指挥系统

STK 提供的系列软件模块允许用户快速响应战争要求。STK专门为C4ISR的概念开发、工程化和数据分析进行设计，因此在任务背景下的专业计算和动态可视化方面具有优势。STK可用来完成对提出的结论进行快速建模；设计、优化和测试C4ISR软件系统；模拟情报、监视和侦察任务并训练操作者；为任务关键需求提供准确的答案。

1.3 无人驾驶飞机和航空器任务

图1：地球轨道卫星飞行轨道的三维图形界面显示

STK提供的系列软件模块允许用户快速响应UAV和航空器任务要求。STK专门为UAV何航空器的概念开发、工程化和数据分析进行设计，因此在任务背景下的专业计算和动态可视化方面具有优势。STK可用来完成支持概念设计和系统描述；对提供的结构进行快速建模；设计和测试UAV系统；规划、优化和分析UAV任务；模拟UAV任务并训练操作者；分析任务。STK同时允许用户专门为航空器任务的开发、工程化和数据分析进行设计，因此在任务背景下的专业计算和动态可视化方面具有优势。STK可以支持概念设计和系统描述；规划、优化和分析模型环境；开发定制的应用程序。

2 STK在航天装备任务仿真应用的步骤

STK在航天装备任务仿真应用的一般步骤如下：

（1）定制矢量几何。创建航天装备任务中的矢量、面、坐标轴和坐标系；利用定制的坐标轴和坐标系定义航天装备的姿态和轨道，在指定坐标系下实现轨道的可视化。

（2）带有完整力模型的空间环境影响。在轨道外推中利用到引力场模型和三体效应。

（3）轨道、弹道设计和变轨策略。仿真分析了运载火箭弹道、地球轨道、月球轨道和行星际轨道，并分析变轨过程。

（4）姿态建模。对多个时间段的航天器姿态建模，生成航迹姿态、三轴稳定姿态以及变轨姿态。

（5）传感器建模。利用传感器建模分析了地面站的覆盖范围，并利用于分析任务性能。

（6）通信建模。定义含天线指向的具体发射机和接收机，分析航天器的测控链路性能以及抗干扰性能。

（7）实时数据融合。利用三维图形窗口实时监视测控链路性能。

（8）互操作性和集成化。利用STK/Matlab协同工作进行复杂航天任务的仿真分析。

3 应用实例

创建仿真场景设置仿真时间和星历时刻，于Astrogator页面中添加卫星并创建目标序列，通过设置卫星飞行时段的轨道特性，导入地球轨道卫星的轨道数据，实现对轨道设计结果的仿真，如图1所示。

4 结束语

STK软件可以进行卫星轨道模拟与仿真成像并进行数据分析。通过STK提供数据报表及报告形式的分析结果，实现对航天装备在环绕地球飞行的轨道以及测控性能分析，实例证明了软件分析的可行性与准确性。该软件能够为航天装备任务仿真的应用实践提供支持。