航天装备任务仿真中STK软件的应用分析

王勇 田勋 韩家翔

摘 要：本文先从STK软件的基本功能介绍为切入点，探究了任务仿真中的具体步骤，得出了相应操作流程，最后通过对STK软件进行仿真模拟的分析，得出了STK软件在航天装备任务仿真中的一些结论，例如STK软件主要适用于一些仿真任务的数量较少、实时性差，但对场景可视化要求高的航天装备任务中;还能够通过STK软件的接口对其进行二次开发与利用，该方法主要应用于工程时间短、功能需求较单一的航天装备任务仿真中。

关键词：航天装备任务;STK软件;应用分析

引言：

伴随着我国科技的不断发展，随之推动航天技术的飞速进步，同时也对航天装备任务的仿真程度、设计真实性、规划合理性有着更严格的要求。STK软件作为航天装备任务仿真软件的核心，其具有高度可视化功能、相关模块组件完善、模型的精确度高、使用方法特别简捷等优点，并且也逐渐应用于的国外航天事业中。通过利用STK软件显示航天装备任务的模拟场景，不仅能够让操作人员的技术水平得到提升，还能够提升对航天装备任务进行技术分析的能力。

1 STK软件简介

STK其全称是Satellite Tool Kit，是AGI公司所研发出来的一款对航天任务进行模拟分析的软件，其对图像与数据有着强大的分析功能，保障了航天装备任务的持续运行，并为其提供更加高效的技术支持[1]。

1.1航天任务

航天工程师和相关任务操作人员能够通过STK软件对航天装备任务进行全方位的仿真模拟，不仅提高了其工作的熟练度，而且还能够形成规范化的操作流程，为以后的真实航天任务做准备。使用者能够通过AGI公司所提供的航天动力学引擎和相关模拟组件等技术达到对真实航天任务的流程规范与探寻航天装备任务的可行性，并且通过STK软件来对航天系统进行进一步的优化改造与升级，以此来保证航天装备任务能够顺利的完成[2]。

1.2自动化指挥系统

STK软件中的相关模块能够以最快的速度响应用户的需求。STK软件也是专门为C4ISR而进行研发的，所以以此背景下设计具有可视化能力强、计算能力强的特点。STK还能够对得出的结论进行快速的建模操作，以此来确保在设计、测试方面的能力;还能够通过发送模拟情报来锻炼操作者的反应能力，以此来确保在实际操作过程中的准确性。

1.3无人驾驶飞机和航空器任务

STK软件中的相关模块组件能够快速回应操作者发布的无人驾驶飞机和航天任务请求。STK软件还允许操作者能够对航天器进行特殊的设计，以及数据分析，让其软件的功能得到完善，并且仿真程度能够更加贴切实际[3]。

2 STK在航天装备任务仿真中的应用分析

STK在航天装备任务仿真中的主要要点有以下几点：

2.1制定矢量几何

首先需要为整个航天装备任务的场景构建空间坐标系、坐标轴和空间面，然后再通过绘制特殊的空间坐标系来重新规划航天器的状态与航行轨迹，最后通过对数据的分析来达到轨迹可视化的目的。

2.2消除空间环境的影响

通過STK软件对在轨道中的航天装备建立引力场模型，并且有效利用三体效应消除空间环境所带来的影响。

2.3对轨道、弹道设计实行变轨策略

STK软件不仅能够对航天装备的轨迹进行分析，而且还可以对运载火箭的运行轨迹进行分析，还可以通过对地球引力与月球引力等的分析实现航天装备变轨的操作，以此来更好的对航天装备进行更加准确的操作。

2.4姿态模型的建立

在进行航天装备任务仿真的过程中，STK软件需要对处于多个时间内的航天器进行姿态模型建立，以此来构建航行轨迹姿态、三轴稳定姿态和变轨姿态，更好地对航天器的航行状态与航行轨迹进行精准的把控。

2.5传感器模型的建立

在进行航天装备任务仿真的过程中，STK软件能够通过利用传感器掌握地面站的覆盖程度，以此来帮助软件进行相关的任务分析操作。

2.6通信模型的建立

通信模型的建立主要包含了信号发射器与信号接收器这两个设备，其模型建立初衷则是帮助软件分析航天器的抗干扰能力与其测控链路的性能，以此来对航天装备进行更加严格的管控。

2.7数据合并

STK能够通过三维图形窗口对航天器的测控链路进行有效、实时的监控，以此来保证航天装备所反馈的信息能够实时显示在操作者眼前。

2.8可操作性与系统集成性

STK软件能够与Matlab软件之间达成互相合作的关系，共同来对航天装备任务进行仿真场景的分析，能够更加真实的将画面模拟出来。

3 仿真案例分析

较之于其他仿真软件来说，STK的操作界面更加友好。该软件的设计主要是基于面向对象的理念，再结合分级组织的模式，完成仿真场景的制作。一个STK场景对应一个仿真实例，其中有六类运动对象、三类固定对象以及五类对象关系包含在STK场景中，除此之外还有四类设备存在于每种对象之下。要想进行实际的仿真建模或者是飞行演习，就可以通过场景的设定来完成[4]。同时STK软件还能对复杂的地面环境进行分析，给具体的航天作业制定最佳的执行计划。通过这种方式能达到更快的建模速度，因此就有效的缩短了任务的周期;但STK软件的程序扩展性较低，无法通过使用用户其它的代码程序，因此该软件只能运行已有的功能。

结束语

综上所述，STK软件能够对卫星的航行轨道进行模拟，并且将其模拟仿真的图像真实的显示出来，还能够对其所产生的数据进行有效的分析。工程师与操作者能够通过STK所分析出的数据来观测出航天装备任务中所存在的不足与需要改进的地方，还能够对其飞行轨迹和测试数据进行分析，充分的展示了STK软件在航天装备任务中的真实性与可行性，这也为我国的航天事业做出了卓越的贡献，让航天装备任务的仿真操作能够切切实实的应用于实际过程中。

参考文献：

[1]王卫杰，张雅声，任元，等.基于STK的航天器轨道动力学仿真教学方法研究[J].实验技术与管理，2020，v.37;No.285（05）：187-191.

[2]雷博持、牛新亮、井成、韩冲、万贝.STK及IGS广播星历在BDS仿真中的应用[J].航天控制，2020，v.38;No.187（05）：55-61.

[3]郝梁，肖枫，张润宁，等.应用多普勒牵引的高分辨率星载SAR滑动聚束模式设计方法[J].航天器工程，2020，029（002）：23-29.

[4]陈铭杰，池程芝，刘博文，等.基于场景的民用飞机健康管理可视化仿真研究与实现[J].航空科学技术，2020（7）：35-39.