第十三章 如何应用STK工具

第十三章如何使用STK工具

§13.0概述

为了卫星和系统分析的方便，STK提供了各种各样可以操作和显示单个对象

的数据的工具，这些工具是从对象中分离出来的，并且包括诸多功能，如：计算

对象间的访问时间、计算对象的光照时间、常见报告和图表，使用卫星数据库来

输出卫星、计算运载工具或传感器的割痕、产生卫星星座等。用户也可以从所有

对象中删除访问和把它显示或隐藏在地图窗口中。

STK的工具可以通过STK的Tools菜单使用，一些工具只能用于某些特定的

对象，例如：割痕只能用运载工具和传感器。假如选择了另一个对象，那么下拉

菜单将会变灰白。

本章内容

Access13.1

计算两个对象间的通路......................................13.1.1

在地图窗口中设置通路的图形...............................13.1.2

生成通路报告..............................................13.1.3

观察通路的方位角，高度和范围数据..........................13.1.4

使用Custom和DynamicDisplay选项13.1.5

产生通路数据的图表........................................13.1.6

从地图窗口中删除通路......................................13.1.7

通路和它们定义的对象......................................13.1.8

Lighting13.2

观察AER报告.............................................13.2.1

观察一个时间数据报告......................................13.2.2

Lifetime(模块)13.3

Advanced13.3.1

计算Lifetime13.3.2

LifetimeResults13.3.3

报告......................................................13.3.4

图表13.3.5

Swath(AAM)13.4

VehicleSwath13.4.1

SensorSwath13.4.2

WalkerConstellation13.5

删除通路...................................................13.5.1

CloseApproachTool（模块）13.6

时.间周期..................................................13.6.1

通路限制一.................................................13.6.2

SearchConstraint13.6.3

高级的选项...............................................13.6.4

ComputingCloseApproaches13.6.5

ExportShapefileTool13.7

OrbitWizard13.8

§13.1Access

STK允许用户确定一个对象访问/看见另一对象的时间。另外，我们为了建立

一个有效的访问，也可以在定义两物体间的访问关系时添加一些限制，STK能计

算从媒介物、地面物、目标物和传感器到各种对象间（包括行星和恒星）的相互

访问关系。

§13.1.1计算两对象间的通路

为了完成该任务，在浏览窗中点中集体对象，从Tools菜单中选择Access,此

时，将会出现Access窗口。

在计算过程中，最好确保两物体的时间周期都是由星历表确定的。在执行访问

计算时，最好能检查一下物体间的限制，在Associated中选择所要进行访问的对

象，，然后点击Compute,这时将会有一个星号（*）出现在用户所选对象的左上方,

如果StaticHighlight按钮时打开的，此时地图窗口将会显示基于时间和物体约

束基础上的第一个物体对第二个物体的访问，用粗线表示。

图13-1一个典型的显示ERS1卫星和Santiago之间通路的地图窗口

§13.1.2在地图窗口中设置通路图形

表13”通路的图形选项

ShowLine在地图窗口中显示两对象相互接近时的

连线

Animate访问期间在每个对象的周围有一方格将

Highlight其包围

StaticHighlight当动1田1不运行时，通路被突出的显示在地

图中

§13.1.3产生通路报告

在Reports中使用Access按钮可以产生两被选中对象间相互访问的时间报告。

Note：STK本身有许多不同形式的报告，用户可以根据自身的需要来定制一份

报告。

图13-2一份通路报告的样本

§13.1.4察看通路的方位角、高度和范围数据

为了察看AER方面的访问数据，用户可以用Reports中的AER…。报告中的

方位角和高度是基于第一个对象的当地坐标系来计算的，数据是有效访问期间的

数据。

图13-3一个典型的AER报告

§13.1.5使用自定义和动态演示选项

自定义和动态数据演示数通过Custom…和Dynamic...Report按钮迅速产生。

§13.1.6创造访问数据的图表

为了以图表的形式察看访问数据，可以用Graphs域中的Access按钮，为了更

清楚的看清数据点，用户可以对其进行放大，或点击一个感兴趣的点。

图13-4一个典型的显示通路数据的图表

§13.1.7从地图窗口中删除通路

在Access窗口中使用RemoveAccesses或RemoveAll按钮可以从地图窗口中

清除访问，当某对象的访问被清除时，其左上方的星号将消失。

§13.1.8通路及其定义的对象

一个访问过程是通过两对象来确定的，一旦一个过程被确定，它将和定义对象

间保持较近的联系，如果其中的任一定义对象由于访问时间的改变而发生了变化,

那么，该访问对象将重新被计算。

访问和H标传感器间有特殊的联系：FI标传感器的访问次数是在传感器和其指

定目标关系的基础上计算的。只要某一目标传感器或目标发生改变，访问的次数

将会自动更新，由于某些FI标传感器与多个目标有联系，因此有时目标传感器和

另一个不是该目标传感器的对象间的相互关系可能使用户混淆。

如果一个目标传感器能同时访问多个目标，那么在动画中传感器对所有可接近

的目标的访问均可表现出来。然而，当一个目标传感器被访问时，传感器的指向

必须被单独定义，为了实现这一目的，STK将传感器指向每个可接近的目标，因

此，一个目标传感器有时并不能完全指向某一特定的目标，而是依靠对其它FI标

的访问。

图13・5关于指向一个目标的传感器的通路图表

2:001:0012:003:004:305:006:00

AccessIntervals

IISensorPanting

Nontargeted

§13.2Lighting

通过使用光照工具，用户可以在地图中演示运载工具的受晒状态，不过该工具

仅限于运载工具。

表13-2Lighting选项

Sunlight在运载工具完全受晒的地方，在地图中是一

条线

Penumbra当日半食时，在地图中是一条线

Umbra当日全食时，在地图中是一条线

ShowSunlight/在地图中显示日光和日半食间的分界线

PenumbraLine

atVehicle

Altitude

Show在地图中显示日全食和日半食间的分界线

Penumbra/

UmbraLineat

VehicleAltitude

§13.2.1察看AER报告

图13-6一个典型的显示航天飞机的照明数据的图表

RevoltER51-SolarAfRHH

出Edi

?1arun199717:7«:10

Satelllte-msi:KCIWLMSohrMK

Time(ITTCQ)AriJMith(<lriy)Elevalien<deg)(IWW>

1997OO：Oe：IMl•07MlfWI72161110127

19D7OOiOlSlMIeo113.97a11.08S0172M4.0769e8

1W700:02rW•0114.60610.166(10172127.084152

tmOO：O3：Meo115.1158・662WI172112.7S2038

1M700:04:00•0113.5W7.129M172500.6M376

1W700:03：M・01139329.374fMllTJMO

1X700:06:00eo116.2224.S01»O172M1.774971

1y97OQzOTsOO90U6.A022.«13W172T7A.102876

IM?00:01:00•0116.4*30・，22WI172M?.0676^9

1M700:09:00•0lie494-0.773M172M0.230817

00:19：M・0116.307-2.36T50173053232751

IN?00:11:00•0116.210・3.9"tttJ173“5.5948"

通过AER按钮可以看到某地域的受晒情况，产生的报告可以显示太阳和与其

有关联的对象间的方位角、仰角和范围等数据。所计算的值是以运载工具为原点

的当地坐标系为标准计算的。

§13.2.2察看时间的数据报告

使用TimeData按钮可以实现这一任务。

图13-7一个显示航天飞机照明时间的报告

Report:ShuttleUahtangTh>e«BEDI

06JU1199717：4D!?9

AtelXlte-SnuttAexLlohting

Sunlight1intra

StArtTim(UTCC>StopTlw<UYCG)Duration<000)

fttfov1W7oo：oo：eo.oo1BOY199700:10:38.091116.886

Xtfov19970015415^.IB1MOT1997•1150x26.309130.11A

X»0V199702I26UA.131NOY199793122U1.153929.717

1tfovJL”70J：30:32.201»0T1997”：X：D2.J93930.121

1Hov199?05:30:19611Mov1997“：25:49)03329.659

1Hov1W707:02;“・491HOT1997t7;S7;36.299329.802

1NOV1997。*:仃：・“1MOV1997W：29：2J.773329.827

&Nov19931020224).051Nov1997ll201sll.683329.611

道tfov1W711:37:1^.731HOY199711:32:59,973330.240

&tfov1M713:09:16941WOT199714:04.46-5?3329.580

1tfOV199714111:93.GO1HOY199715:36:33.603329.997

Xtfov1.99，16112251.371MOT199717:08:21.163329.78,

XtfovL93f“：N；”.331HOY199719:A0:09.1J9329.000

>tfuvi”719.16.24OA1Mur199?2e.ll;5?.O13930.170

1Nov199720:48:13.861Hov199?tl;43;43.663329.799

1MOV199?22：20：te-321MOV1997?<：i-：-ilH43330.316

aNOU199723：91：4S.472Nov199?00:00:00.004X.529

Dlob&lStatistics

Mu\XhirntionXHOV1.997231511M.A72MOT1997OOiOOxOO.OO191.929

MaxPutatlon1tfov199722:20:90.321NOY199723:13:30.<F13930.310

KeanIhiration3032.89)

<dLIhiration51559.179

zJ

§13.3Lifetime（模块）

该选项可以用来计算卫星由于大气阻力和其它摄动引起衰退前，保持在轨道上

的时间，其运算法则是在NASA研究中心的研究基础上发展起来的。Lifetime在

计算90km到2500km间的大气阻力时采用的是Jacchia1970大气模型；90km

以下采用的是1976年美国标准大气模型。为了进行快速运算，Lifetime使用的也

是一个简化模型：该模型仅考虑J5项引起的地球扁平的影响，当然在计算轨道摄

动时，Lifetime也考虑日月引力及太阳光压的因素。

在Lifetime中，只考虑长期变化对卫星轨道的影响，而短期影响是不考虑在内

的，因此Lifetime并不是适用于卫星轨道的短期行为或摄动对卫星单圈旋转的影

响的研究工作。

Note：Lifetime目前仅限于人造地球卫星，尽管目前并没有对卫星高度进行

限制，但对于近地点高于2500km的卫星来说，该方法并不是用于用户。因此应输

入以下信息：卫星的质量、区域、大气阻力和反射系数；另外太阳和行星的磁力

也必须考虑在内。

表13-3Lifetime选项

DragCoefficient卫星的阻力系数，范围为2一—2.5

Reflection卫星的反射系数，范围是0——1

Coefficient

DragArea垂直于卫星的行进方向的横截面

AreaExposedto垂直与太阳光方向的卫星投影区域

Sun

Mass卫星的质量

SolarData包括平均10.7厘米以上的太阳光辐射量（Fm）

和地磁量（Ap）的ASCII文件

Graphics在地图中显示卫星的最终轨迹

SGP4Compute在USSPACECOMSGP4的基础上估计卫星

轨道寿命的SGP4理论

§13.3.1Advanced

该选项可以用来定义估计卫星的轨道寿命的计算时的速度和精确度。

表13-4对于Lifetime的高级选项

OrbitCountLimit在LifetimeTool停止作用前,能用于分

析的轨道的最大圈数。设成999999时，

就可以包含了大多数卫星。

Orbitsper可以控制Lifetime工具的性能

Calculation

Gaussian可以控制Lifetime工具的性能和结果的

Quadratures精确度

Use2ndOrder在地球扁率计算时，考虑到地球修正项

Oblateness第二项

Correction

RotatingAtmosphere大气旋转造成的影响包括在轨道摄动内

§13.3.2ComputingLifetime

一旦在Lifetime和Advanced窗口中设置了匕较合适的值，就可以用Compute

按钮进行生命周期的计算，而计算所需时间主要依靠卫星所处位置的Orbitsper

Calculation和GaussianQuadratures参数。Progress窗口显示计算进程，并且如果

必要的话，用户可以退出正在进行的计算，当达到100%时，该卫星就完成了其生

命周期，同时，由Lifetime所计算的轨道数和OrbitCountLimit参数相等。如果限

定百分比迅速越过横条，用户应该退出计算来增加OrbitCountLimit,否则，

lifetime将会在卫星寿命结束前达到极限。

Note：对于MSGP4JA星来说，其轨道寿命可以从基本轨道寿命理论和SGP4解析

理论来计算得到。SGP4原理是在USSPACECOMSGP4基本摄动理论基础上估计卫星寿

命的，它只是运用卫星的两线普通原理，并且不要求对Lifetime和Advanced输入

数据，作为一个纯理论分析工具，它并不提供与所有轨道相对应的报告和图表，

用SGP4Compute按钮计算卫星寿命是建立在该原理基础上。

如果用户想进行快速的计算，可以退出正在进行的计算，调整Advanced窗口

的0rbitsPerCalculation和/或GaussianQuadratures域。由于较大的大气阻力，

在降低GaussianQuadratures的同时也增加了Lifetime的运行速度，因此，即使精

确度会受影响，但对于近地卫星来说，与卫星的整体寿命相比，这些差别却是细

微的。增加OrbitsPerCalculation也能增加Lifetime的运行速度，当其数值大于1

时，Lifetime加在特定轨道数上的摄动数保持不变，或达到OrbitCountLimit数。

一个卫星寿命结束的标志是其远地点高度小于64km。

§13.3.3LifetimeResults

在早期，Lifetime估计卫星的轨道，并且提供相应的衰退日期，应该强调的是

尽管Lifetime计算是建立在复杂的轨道理论基础和精确的环境模型之上，但其结果

仍是不确定的，由于大气密度有10%的随机变化和精确预测太阳运动的困难，因此,

理论上与实际上的卫星寿命会有10%左右的差别，另外，为了执行一个较简单的寿

命计算而实行的估计和简化，对于最后的结果也增加了不确定度。

§13.3.4Report

该按钮可以使用户显示卫星运行期间的轨道特定点（主要是近地点）的情况。

§13.3.5Graph

使用该按钮可以形象直观的表示卫星的轨道情况，这对于观察卫星趋势和解析

摄动是相当有用的，特定点的变化是相对复杂的，特别是卫星寿命的末期，然而,

一般来说，作为一颗卫星的衰减，应该看到以下影响：

（1）远地点高度降低而近地点高度不变。

（2）近地点沿轨道平面运动到人气密度最小值点。

§13.4Swath（高级解析模块）

大多数的卫星飞行器和其它运载工具都装有从地面上的区域或装备或对象收

集和发散数据的传感器，为帮助这些传感器一运载工具系统的分析工作，STK提

供了描绘地图上系统可见区域的性能。

§13.4.1VehicleSwath

运载工具轨迹通常是这样的：从天底的地面高度角（半角）到天底（或表面距

离），这种轨迹经常位于星下点轨迹的中心，并且通过阴影表现出来。

Swath(<NSaleMile-ERSIHE3

Ground£le>>^jcn臼:1Q.O30婀I

口由ctii

GNoGr»iix

「EdooUnite

「FiMbmh

8山|Heb

表13・5VehicleSwath选项

GroundElevation地面到运载工具的高度角

SwathVehicleHalf-Angle相对于大底而规定的半角

typeSwathHalf中心球体表面所测的子卫星点的取

大距离

OptionsNoGraphics——从地图中清除所有轨迹

EdgeLimits显不轨迹的范围

FilledLimits轨迹用阴影部分表示

§13.4.2SensorSwath

传感器轨迹显示传感器的覆盖范围，但该轨迹并不必以星下点轨迹为中心，该

轨迹可能仅仅是为了和ECF速率限制形成相一致的姿态而产生的。

表13-6Swath选项

Color轨迹的颜色

Line/NIarke轨迹线条的类型

rStyle

LineWidth1=narrow,5=wide.

StartTime传感器轨迹出现的时间

StopTime传感器轨迹消失的时间

§13.5WalkerConstellation

一个星座包括一组在相同轨道的、有相同的周期和倾角的卫星(t),该星群包

括在每个轨道平面(P)均匀分布的卫星(s)0所有轨道面的升交点也间隔相同的

赤经，在相邻平面的两颗卫星的轨迹位置关系是由一组位参数死角定的，f的范围是

1—f代表间隔的角度(f=360度/t)。

用STK能方便的生成一组星群，首先，定义一个由用户所需特征和轨道的运载

工具，然后打开该运载工具的Walker栏。

表13・7Walkerconstellation的选项

NumberofPlanes星座的轨道面数

NumberofSatsper每个轨道面上的卫星数

Plane

Inter-PlaneSpacing临近轨道面的间隔数

RAANSpread相邻轨道面的赤经

ColorbyPlane轨道的颜色

Remove从母卫星中删除子卫星

Constellation

RAAN分布对于小星座在阻止不必要的轨道倾向时是相当有用的，例如：有两

个轨道倾角为90度，一个180度RAAN分布将导致两垂直的轨道面；一个360度

RAAN分布将导致所有卫星在同一轨道面，并且有相接的可能。

Note：为了删除一个为星群，用户必须确定一个头卫星，当一个星群产生后，

最早的卫星是作为星座的一部分而进行复制的，新产生的卫星被认为是子卫星，

如果用户为其打开Walker敞口，所有域将变灰，另外，NumberofPlanes域和Number

ofSatellitesperPlane域显示所选子卫星的轨道数和卫星数。

用户可以从情节中删除所用对象，这种功能对于计算对象间的访问和清除所有

访问时是相当有用的。

假如用户定义的Walker星座有两个平面，每个平面有两个卫星，平面间距为1,

且RAANSpread为36()度，那么地图窗口如下所示：

图13-8显示一个Walker母星座和它的子卫星的地图窗口

(两个平面，每个平面四颗卫星)

下图更加清晰的显示了卫星间的配置和间距:

图13・9清晰的显示卫星间配置的Walker星座

下表更加清晰的描述了卫星间的间距：

表13-8Walker星座中卫星间的间距的样品

卫星RAANArgumentofPerigeeTrueAnomaly

SeedSatellite。度0度0度

Satellitell0度0度。度

Satellitel20度0度180度

Satellitell180度0度90度

Satellitc22180度。度27()度

13.6CloseApproachTool(模块)

CloseApproachTool(CAT)时STK的一个完整的综合模型，它可以使用户分析

卫星和太空中其他天体碰撞或接近的潜在可能性，正如1996年Cerise碰撞中显示的

那样，太空物体接近分析己经成为了一项重要的任务。运用CAT,用户可以搜寻

STK卫星数据库中的8000多个太空物间的关系，一旦用户确定了一颗卫星和其它

天体间的可容许的范围，CAT将会自动的在特定的数据库寻找相匹配的数据库，

当CAT为一条可能存在的接近路径准备一系列卫星后，它可能检查确定的Time

Period,然后临时载入那个时间路径的卫星，如果一颗先前列出的卫星与临时加入

的卫星在特定的可容许范围有关系，这些卫星将被插入当前情节，并且访问地图

窗口中的图形；如果没有发现访问，这颗卫星将被删除，并且将会有一条信息显

示没有在信息窗口中发现匹配信息。

§13.6.1TimePeriod

星历的开始和结束时间在Start和Stop域中输入，如果有必要的话，用户可以改

变这些值，如果用户在许可范围内给开始时间输入一个时间增量，则结束时间将

自动增加相应的量。

§13.6.2AccessConstraint

在MaxRange域中，输入当前对象和数据库重任以其它对象间允许的最大距

离，在解