国产STK(卫星仿真平台系统)航天系统分析工具。底层采用QT、C/C++开发的纯国产化的卫星仿真开发与运行平台,解决了国产化自主可控的跨操作系统、龙芯计算机运行的难题。
国产STK(卫星仿真平台系统)具备空间飞行器相关核心计算功能,提供空间卫星轨道分析、覆盖分析、空间探测分析、地面目标仿真、拦截器飞行工具分析、接近/碰撞分析、链路分析、通信分析、电磁态势分析、雷达分析等卫星仿真分析功能。
1) 坐标系统模型
具备J2000与ITRS的转换、J2000与TEME的转换、笛卡尔坐标与地理坐标(LLA)的转换、笛卡尔坐标与东北天坐标(测站坐标)的转换、笛卡尔坐标与LLR的转换、ICRF与ITRS的转换(地惯系与地固系)等功能。
2) 时间系统模型
具备空间配准和时间配准功能,支持儒略日时间、约简儒略日、UTC时间、BJ时间、地方时、格里历与的转换;支持对时间的加减、判等、赋值操作。
内部计算支持UTC、TAI、UT1、TT、TCB、TDB、TCG、GPS时间,支持时间的逆转换。
3) 卫星快速生成向导
具备太阳同步轨道、对地静止地球同步轨道、回归轨道、闪电轨道、大椭圆轨道、冻结轨道、椭圆轨道、过任意点任意方向角轨道生成功能。卫星摄动模型包含:地球非球形引力、地球带谐项摄动力、地球田谐项摄动力、太阳光压、大气阻力、第三体引力、后牛顿效应、大气密度模型有Harris-Priester、NRLMSISE 2000、1976 Standard等高精度摄动模型。
4) 星座快速生成向导
具备快速星座生成功能包含Walker星座构建等快速构建功能,能够根据用户需求和通信载荷能力,基于已有“北斗”卫星、“天链”中继卫星。
5) 轨道分析模型
实现对航天器轨道建模,能够按照输入轨道参数、位置信息构建轨道;具备计算卫星、火箭等目标对象任意时刻的位置、速度,并能够生成轨道/弹道星历功能。
对非航天器建模,如:车辆、舰船飞行器轨迹规划功能;可按照需求对地球非球形引力、日月引力、太阳辐射压、摄动模型和SGP4进行设置,计算卫星、火箭等目标对象任意时刻的位置、速度,并能够生成轨道/弹道星历功能。
能完成星历仿真计算以及星下点、考虑阴影和凌日等轨道预报;支持对机动目标的快速弹道/轨道外推预报,能够进行常用时间和坐标系的转换。
6) 轨道预报模型
具备轨道预报模型以及高精度轨道预报模型,包括HPOP/SGP4/J2/TwoBody模型;
平台可定制用户目标的轨迹数据,实现方式为通过轨道外推预报、弹道文件、预定轨迹等文件方式输入。
7) 姿态分析模型
具备计算运动姿态在多个坐标系下的轴向矢量数据值功能,能够自定义飞行器的姿态描述方式;
能够使用常用的四元素法、欧拉角法以及YPR描述方式描述姿态;能够支持定制,解析多种坐标系下描述的各类飞行器的文件姿态;
可以基于多种转动顺序、多种姿态工作模式进行姿态参数转换和姿态参数预报。能够涵盖常见航天器的姿态控制模式,例如三轴稳定。能够涵盖火箭、导弹、飞机等非航天目标的姿态描述和姿态推演分析计算;提供三维姿态窗口供用户直观查看对象实时姿态功能。
8) 卫星寿命分析
具备评估低轨卫星在大气阻尼作用下再入之前停留在轨道里的时间功能。
9) 传感器构建模型
具备多种传感器几何建模方法,包括锥形、包括锥形、半功率、矩形、SAR等几何形状,支持用户自定义的几何形状。能够描述传感器的探测范围、探测距离、扫描方式、波属性装、波束样式等抽象概念,计算传感器的几何形态及与其他对象的空间位置关系功能。
提供多种传感器几何建模方法,传感器可以附加于任意地基、空基、天基对象。平台提供多种传感器几何建模方法,包括锥形等几何形状。能够描述传感器的探测范围、探测距离、波束样式等抽象概念,可解决传感器的几何形态及与其他对象的空间位置关系。提供多个不同类别的传感器挂载到同一个实体下,构建单个实体多载荷覆盖分析的能力。
10) 访问分析模型
具备计算卫星对任意对象的访问时间功能,计算中可考虑各类约束条件,包括几何约束条件,如传感器视场、仰角、方位角、可视距离等。
考虑卫星和各类用户目标的轨道(轨迹)、卫星和用户目标的姿态、天线的安装位置、天线的视场范围。用户目标可为航天器、火箭(导弹)、地面运动目标等各类非航天器;
考虑卫星的轨道、地面站站址坐标、卫星的姿态、天线安装位置、天线视场范围,仿真计算卫星对地天线和地面站天线的相互可见情况,高级约束条件包括,相对的低掠角、海拔高度、beta角、传播延迟、太阳和月亮角度、时间限制、轨迹范围显示等。
11) 覆盖分析模型
具备载荷配置功能,载荷类型包括光学、雷达、电子载荷;几何形状:方锥和圆锥、扇形、赋形波束。具备性能指标计算分析能力:指标类型包括:覆盖次数、覆盖间隔、重访时间、空间覆盖率、覆盖重数。
具备计算传感器的几何形态及与其他对象的空间位置关系,卫星对地面站、车辆、导弹、火箭、舰船、飞行器等进行全面的覆盖性能分析功能。用户可定义关注的区域、覆盖资源(卫星、导弹、车辆等)、时间周期、覆盖品质因子等,还可定制反映覆盖品质的文字报告与图表。平台同时提供基于卫星姿态、传感器类型(圆锥、方形、扇形)、视场范围、仰角约束等在各种可见性约束条件下,对全球或区域范围的覆盖性能分析。
12) 天线创建模型
提供天线创建,通过设置中继卫星和各类用户目标的轨道(轨迹)、中继卫星和用户目标的姿态、天线的安装位置、天线的视场范围,创建发射机和接收机的天线对象;
可分析卫星发射机与地面接收机之间的通信链路,计算结果包含了仿真计算中继卫星和用户目标的通信可见等可见与覆盖情况。支持地球同步轨道通信卫星上面安装有多个转发器。
13) 天线跟踪特性分析
平台提供依据中继卫星的轨道、地面站站址坐标、中继卫星的姿态、天线安装位置,进行仿真计算的能力。
地面站目标对象能够单独挂载接收机和发射机,可以针对卫星天线和地面站天线的相互可见情况进行计算,其计算包含星地之间的可见等结果。
14) 空间环境ITU传播模型
支持符合ITU建议书的空间与地面传播模型,可根据台站选用的频段、地理位置、业务类型、传播方向等信息,推荐符合当前仿真场景的传播模型,可支持扩展传播模型。
提供雨衰模型、大气损耗模型。提供传播模型标准扩展。
15) 链路与载波配置加载
通过配置频率范围、占用带宽、必要带宽、功率、处理增益、发射类别、调制类型、噪声系数、等效噪声温度、馈线损耗、极化方式、交叉极化隔离等参数项,构建用户链路与馈线链路。
按照不同场景,可配置系统内部的固定链路、单发链路、单收链路、动态链路;支持业务扩展的系统间的干扰链路与被干扰链路。按链路特点分别构建馈线链路与用户链路,波束宽度与波束数量可配置。
16) 链路分析模型
具备计算多级传递链路分析、卫星星座整体分析、链路性能质、复杂关系形象展示、数据报告输出功能。
具备接收机和发射机的主要技术指标,如天线方向性图、工作频段、极化方式等;通过配置频率范围、占用带宽、必要带宽、功率、处理增益、发射类别、调制类型、噪声系数、等效噪声温度、馈线损耗、极化方式、交叉极化隔离等参数项构建用户链路与馈线链路。
17) 链路寻优模型
具备计算多个对象同时可见的时间,主要功能包括多级传递链路分析、卫星星座整体分析、地面站网可见时间分析、链路性能质量。具备链路优选规则模型,进行实时最优链路计算输出功能。
18) 碰撞预警分析
具备计算航天器是否会与其他轨道物体发生危险接近或者碰撞,包括实际的卫星碰撞机会等。可以同时对单一对象、多个对象进行分析。
19) 弹道生成模型
具备创建和修改完整的系统级弹道导弹,支持弹道创建,通过获取弹道导弹弹道数据,预报弹道导弹来袭方向和落区,引导地基雷达搜索探测。
20) 航路拟合模型
具备飞行轨迹建模,能够为航空器(无人机和飞行器)进行复杂、高精确度的、时间为基准的轨迹建模与分析功能。该模块使用飞机类型和飞行任务来定义飞行航迹,通过指定的巡航速度、爬升率等性能参数,由参数化的飞行程序对航迹进行模拟,能够计算任意时刻飞行器的精确状态。
21) 雷达分析模型
具备能够提供雷达系统全面的分析和图形显示。可以将雷达附加到目标对象上,如卫星、导弹、发射车辆、飞行器、舰船、地面交通工具及区域目标和遥感器等。用户可以模拟雷达所探测目标的重要特性雷达散射横截面积(RCS),计算和显示访问,生成有关雷达系统性能的报告或图表。计算生成天线方向图和图形显示功能。
22) 辅助分析模型
具备报表功能,能够支持矢量定义、坐标类型定义、坐标系转换、时间变量分析,生命周期等计算的结果图形图表展示,支持二次开发的特定的分析需求功能。
23) 仿真推演及控制模块
具备对任务想定进行推演,仿真控制功能,包括播放器、开始、暂停、结束、跳转、回放等功能。能够通过仿真推演结果或者外部输入数据等多种方式驱动显示,够通过多视点切换、子窗口等方式展现三维场景中多个细节。
能够以三维动画、数据、图表、曲线、图像等形式将导弹的飞行位置、速度、姿态等状态信息和弹道特征点信息、测控覆盖范围、场景态势信息,以及经过综合处理的弹道偏差信息、目标打击效果信息等进行综合演示。能够对已经规划的任务想定进行推演,并将推演过程中的覆盖能力、通信链路性能参数、通信时长、通信时延、链路余量等进行记录。具备遥测参数、外弹道参数及曲线、安控管道、时间信息等功能。
24) 二三维态势显示引擎
具备从深空银河、天区、天球、黄道、赤道面、八大行星及定位、星座、空间碎片等空间元素,到全球高精度地理环境、海洋动态环境。
三维显示空间目标三维实体模型、姿态机动、天线模型活动、目标活动轨迹显示;空间目标的任务载荷覆盖区域、通信载荷覆盖区域显示;测量站三维模型、测量站接收范围、各种交互信息显示。
25) 空间数据管理功能
负责仿真推演所需数据的存储管理、组织调用数据库,具备管理维护功能。可根据用户需求进行查询、添加、删除、修改以及备份等操作。海上/地面/空中/目标(含卫星、导弹、弹道、飞行器、舰船等)高精度的二三维模型显示功能。
26) 多样式图形图表配置工具
支持从空间、时间等维度对结果进行分析,可对分析过程及中间结果进行查看与统计,多维度查看数据分析统计结果。
支持图形图表的自动排序、拖动时自动适应排序、放大、还原;支持自定义图形图表的样式配置:线型、颜色、填充、透明度;支持图形图表分析输出类型:折线图、饼状图、柱状图、文本表格、仪表盘;支持适配任意数据的加载显示,如:卫星遥测控数据支持适配动态数据的图形图表的动态展示。
27) 显示设置模块
具备二三维显示的属性设置功能。基于多核计算的GPU优化算法,可同时满足2000个空间目标的仿真计算;
态势推演显示效率上,采用单独的显示线程进行处理,并对显示要素进行LOD模型显示方法进行分层,能够满足20000个点目标、不同类型的200个空间目标的态势推演。
提供二三维显示模型的属性设置,可更换颜色、线型、线宽、填充色、透明度等界面交互操作;支持实时调节模型在场景中的显示比例大小;支持实体模型显示形式可在点、图片、三维模型中任意切换。可依据对模型的观察距离,设置模型的显示大小、样式等。
28) 视点控制模块
具备对场景的观察视点设置功能,支持视点任意设置,可选择任意实体为观察者,任意实体为被观察者,对场景进行视点调整;支持界面视点配置交互。支持界面视点配置交互、放大缩小功能。
29) 图层控制模块
支持图层任意设置、实体可任意配置到图层进行管理及显控设置。图层支持命名。
系统支持二次开发需要的与用户业务相关的自定义数据接口定制,并给出数据调用示例;提供二次开发培训服务、标准接口文档等服务支持。
具备MATLAB、Opnet数据接引能力,提供MATLAB、Opnet通信接口,能够接收基于MATLAB、Opnet的数据运算结果,并且已经有多个应用案例支持。
能够以RTI邦员的形式接收其他邦员的计算请求并推送计算结果,提供RTI通信接口。