STK仿真工具在航天装备教学中的运用
【优质】stk指导书-word范文 (11页)
本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==stk指导书篇一：基于STK的卫星总体任务分析与设计实验指导书航天课程实验平台:基于STK的卫星总体任务分析与设计实验指导书201X.04.01前言实验背景随着我国航天事业的蓬勃发展，为了培养高层次的专业化航天人才,本学科拟建成航天类课程实验平台，并准备为研究生开设相关实验课程。
本平台是利用国际先进的STK软件进行二次开发而形成的，Satellite ToolKit即卫星工具包，是航天工业领先的商品化分析软件，它可以快速方便地分析复杂的陆、海、空、天任务，并提供易于理解的图表和文本形式的分析结果，确定最佳解决方案。
它支持航天任务周期的全过程，包括政策、概念、需求、设计、制造、测试、发射、运行和应用。
实验目的及任务该实验平台的建设目标是培养学生对飞行器设计理论与实验方法的掌握，对仿真实验的理解与操作，提高动手能力，为将来毕业走上工作岗位打下扎实的基础。
因此，本实验平台将成为航天类课程教学的一个重要内容。
本实验平台集教学与实验为一体，充分发挥学生的创造性，培养学生实际应用能力。
使学生能将所学的专业知识具体化、形象化、可视化，达到全方位立体化的教学效果。
实验组成实验平台主要由以下五个部分组成： 1. 太阳同步/回归轨道设计与分析 2. 地面站测控方案设计与分析 3. 地面目标覆盖特性分析 4. 卫星太阳电池阵光照特性分析 5. 卫星机动轨道的斯基与分析实验设备硬件：标配计算机一台，其它仿真设备若干软件：Windows XP操作系统，4.0版本以上STK软件实验1:太阳同步/回归轨道设计与分析1.1 实验目的? 了解STK软件的一般功能 ? 掌握STK软件的基本操作 ? 学会如何建立新场景 ? 学会如何创建设置新卫星1.2 实验步骤一．建立与设置场景在创建卫星之前，我们要学会如何建立基本场景(Scenario)。
利用STK进行的在轨段仿真
飞行器在轨段仿真1. 仿真参数圆轨道，轨道倾角42δ= 轨道高度350H km = 地球平均半径6371R km =地球自转角速度57.29210/ie rad s ω-=⨯ 在轨运行的线速度7701.11/v m s = 在轨运行的周期5483.53 1.523T s h ==根据成都方面的说法，飞行器在轨运行时并不进行姿态控制，也就意味着在则2. 坐标系定义（1） o 轴沿机体与地心连线方向，背离地心为正，o Y 轴在轨道平面内与Oz 轴垂直，向前为正，o X 轴通过右手定则确定指向。
图2 轨道坐标系定义图中，ϕ为纬度，k 为飞行器在轨道平面内的回转角度，以升交点为起始点，δ为轨道平面与赤道平面的夹角。
为了方便仿真，暂假设轨道面的升交点经度为零。
（2） 地心惯性坐标系（i 系）原点i O 位于地球球心，i Z 垂直于赤道平面，指向北极，i i X Y 、轴位于赤道面内，i X 轴指向春分点方向，i Y 轴通过右手定则确定指向。
（3） 地球坐标系（e 系）原点e O 位于地球球心，e Z 垂直于赤道平面，指向北极，e e X Y 、轴位于赤道面内，e X 轴指向格林威治零时，e Y 轴通过右手定则确定指向。
（4） 地理坐标系（t 系）原点t O 位于机体所在位置，t Z 垂直于当地水平面指天，t t X Y 、轴位于当地水平面内，t X 轴指东，t Y 轴指北。
（5） 机体坐标系（b 系）原点b O 位于机体质心，b X 轴沿机体横轴指向右，b Y 轴沿机体纵轴指向前，bZ轴沿机体法向轴指向上，通过右手定则确定指向。
当机体系相对轨道系的姿态角均为零时，机体系和轨道系重合。
3. 各个坐标系之间的转换关系 （1）轨道坐标系与地心惯性系i o C设飞行器在轨运行时相对升交点的转角为k ，轨道倾角为δ，则有：sin 0cos ()(90)(90)cos cos sin sin cos cos sin cos sin sin i o x z x kkC R R k R k k k k δδδδδδδ-⎡⎤⎢⎥=----=-⎢⎥⎢⎥⎣⎦ （2）地心惯性系与地球坐标系e i C设飞行器在轨运行时间为t ，则有：cos()sin()0()sin()cos()0001ie ie e i z ie ie ie t t C R t t t ωωωωω⎡⎤⎢⎥==-⎢⎥⎢⎥⎣⎦（3）地球坐标系与地理坐标系t e C设飞行器的星下点的经纬度为ϕλ、，则有：sin cos 0(90)(90)sin cos sin sin cos cos cos cos sin sin t e x z C R R λλϕλϕλϕλϕϕλϕλϕ-⎡⎤⎢⎥=-+=--⎢⎥⎢⎥⎣⎦ （4）轨道坐标系与机体坐标系bo C设飞行器机体相对轨道坐标系通过俯仰角o θ、横滚角o γ、航向角o ψ来描述，则有：0000cos 0sin 100cos sin 00100cos sin sin cos 0sin 0cos 0sin cos 01oo oo b o o ooo C γγψψθθψψγγθθ-⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦（5）地理坐标系与机体坐标系t b C设飞行器机体相对地理坐标系通过俯仰角t θ、横滚角t γ、航向角t ψ来描述，则有：cos 0sin 100cos sin 00100cos sin sin cos 0sin 0cos 0sin cos 01tt tt b t t t t tt t t t C γγψψθθψψγγθθ-⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦4. 导航坐标系选为地理系时的导航仿真当选取地理系为导航坐标系时，在轨导航算法与地面基本相同： （1）姿态更新：()b b b t ttb ib t ie et C ωωωω=-+，而0b ibω=，则可得()b b t t tb t ie et C ωωω=-+，由此通过四元数算法即可更新姿态矩阵b t C ，进而可获得机体系相对地理系的姿态角。
STK在作战模拟与仿真课程教学中的应用
型 雷 达 的探 测 范 围 ， 要 使 用 垂 直 探 测 范 围 图 和 水 平 探 需 测 范 围 图 ． 直 探 测 范 围 图也 称 为 威 力 图或 波瓣 图 ， 常 垂 通
用 粗 黑 线 所 包 围 的 区 域 代 表 该 雷 达 某 一 方 位 在 垂 直平 面
Ｆｅ ２ １ ｂ． ０１
Ｓ Ｋ在作 战模拟 与仿真课程教学 中的应用 Ｔ
王 前 ，李俊林 ，王红明
４０１ ） ３ ０ ９ （ 军 雷达 学 院 一 系 ，武 汉 空
摘 要： 针对作 战模 拟与仿真课程教 学存在 内容抽 象、 理论 与实践脱 节等问题 ， 根据课程 特点， Ｓ Ｋ软 对 Ｔ 件 在 教 学 中 的应 用 进 行 了探 讨 ． 析 了 Ｓ Ｋ软 件 的功 能和 用 于教 学的 优 势 并 结 合 具 体 的 授 课 内容 ， 建 了某 分 Ｔ 构 型机载 雷达 的仿真教 学环境 ， 出了应 用实例， 给 提供 了教 学演示和仿真 实验． 实践证 明， Ｔ Ｓ Ｋ软件的运用有利
不适 合本科 学员掌 握此部分 内容． 利 用 Ｓ Ｋ对 某 型 飞 机 飞 行 过 程 及 机 载 雷 达 探 测 范 围 Ｔ
的、 探索式的学 习环境 ， 教员 由传统 的以讲 授为主变 为以
引 导 、 导 为 主 ， 高 了课 程 教 学 的 可 设 计 性 ， 现 了教 指 提 体 与学 的交 互性 ， 助 于 提高 学 员 的参 与意识 和实 践能 力 有 一．
内 的有 效 探 测 空 域 ． 当雷 达 天 线 做 圆周 扫 描 时 ， 图亦 以 该
公 司开 发 的 一 款 在 航 天 工 程 中得 到广 泛 应 用 的商 品 化 分 析 软件 ． Ｓ Ｋ软 件 应 用 于 作 战 模 拟 与 仿 真 课 程 的 教 学 将 Ｔ
STK软件在卫星系统中的仿真应用
（2）单调递增行键/时序数据。尽量避免时间戳或者(e.g. 1, 2, 3)这样的 key，它与 Hbase 的 Region 管理有关，使用了单调 递增或者时序的 key 时，由于顺序的 key 会将本没有顺序的数 据变得有顺序，最终能够将负载压在一台机器上。
（5）尽量最小化行和列的大小。定位一个单元，需要行，列
名和时间戳。Hbase 采用一个索引用来方便值的随机访问，但 是访问一个单元的坐标要是太大的话，会占用很大的内存，这 个索引会被用尽，可以设置一个更大的块大小，更小的列名， 并且设置压缩属性。
3 结语
本文首先介绍了 Hbase 整体的处理流程，然后有针对性 的介绍了 HBASE 的数据模型和存储模型，并结合 Hbase 的强 一致性、水平伸缩、支持范围查询等特性，全面介绍了 Hbase 数 据模型中 RowKey 设计的要点，包括列族/属性长度、单调递增 行键/时序数据、行键长度、字节模式、最小化行和列的大小等 等。
（3） 行键长度行键短到可读即可，这样对获取数据有用 (e.g.,Get vs.Scan)短键对访问数据无用，并不比长键对 get/scan 更好。
（4）字节模式。long 类型有 8 字节。 8 字节内可以保存 无符号数字到 18,446,744,073,709,551,615。如果用字符串保 存，假设一个字节一个字符，需要将近 3 倍的字节数。
2016 年第 11 期 （总第 167 期）
基于STK的北斗卫星导航系统仿真与分析
南京信息工程大学遥控遥测技术题目：基于STK的北斗卫星导航系统仿真与分析姓名：学号：专业：电子信息工程院系：电子与信息工程学院指导老师：10 年月基于STK的北斗卫星导航系统仿真与分析摘要利用卫星仿真工具包STK,结合国外全球导航系统的技术经验和北斗卫星导航系统目前公布的技术资料，对北斗卫星导航系统的星座设计、定位精度等方面进行了详细的仿真与分析。
STK逼真的图形显示使得北斗卫星导航系统的星座仿真具有良好的可视化效果，通过对定位精度的分析，结果表明北斗卫星导航系统是一种全球构架下并具有优良区域定位性能的卫星导航系统，能为用户提供高精度的导航定位服务。
所做工作为北斗卫星导航系统的建设与应用提供了一定的参考意义。
关键词：北斗卫星导航系统；卫星仿真工具包；星座设计；精度因子1引言北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。
系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。
目前，我国北斗卫星导航系统正处于星座组网建设阶段，根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。
因此，对系统进行模拟仿真是我们开展后续工作的前提。
鉴于上述背景，本文借助国际著名的仿真分析平台Satellite Tool Kit（以下简称STK）对北斗卫星导航系统的星座设计、卫星可见性及定位精度等方面进行详细的仿真和分析。
2星座设计及仿真目前世界主要卫星导航系统均采用Walk- er星座布局。
Walker星座由一组运行于相同轨道周期和倾角的圆轨道卫星组成，记为Walker T/P/F每个轨道上的卫星等间距均匀分布，各轨道面间的升交点经度间距也以相同角度平均分布，因此T （卫星数量）=s（同轨道面的卫星个数）沪（轨道面个数）。
STK在空间作战系统仿真中的应用
（ ａｉ ａ Ｕ ｉ ｒｔ ｏ ｅｅｃ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｃ ａｇｈ ｕ ａ １０ ３ Ｃ ｉ ） Ｎ ｔ ｎｌ ｎ ｅｓｙ ｆ ｆｎｅＴ ｃｎｌ ｙ ｈｎｓａＨ ｎｎ４０ ７ ， ｈｎ ｏ ｖ ｉ Ｄ ｏ ａ
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ： ＴＫ ｉ ａ ｄ ａ ｃ ｄ ｓ ｔ ｌ ｔ ｙ ｔ ｍ ａ ａｙ ｉ ｓ ｆ ａ Ｓ ｓ ｎ ａ ｖ ｎ ｅ ａｅｌ ｅ ｓ ｓ ｎ ｌｔ ｏｔ ｒ ｉ ｅｙ ｕ ｅ ｎ ｗ ｏｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｓｒ ａ ｔ ｅ ｇ－ ｉ ｅ ｃ ｗ ｏ ｃ
ａ ｄ ｐ ｏ ｉｅ ｍｏｅ ｒｆ ｒｎｃ ｒｆ ｕｒ ａ ｎ ｓ ｓｅ ’ ｉ ａ ｉｎ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｎ ｒ ｖｄ ｒ ｅ ｅｅ ｅ ｆ ｕｔ ｅ ｗｅ ｐｏ ｙ ｔｍ Ｓｓｍｕｌｔｏ ｘ ｅ ｏ ｉ ｎ．
ＫＥＹＷ ＯＲＤＳ： ａｅｌ ｅ ｔ ｏ ｉ Ｓ ｔｌ ｔ ｏ ｌ ｔ；Ａｓｒ ｎ ｕｉ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ；Ｓ ａ ｅ ｂ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ；Ｓ ｍｕ ａ ｉｎ ｉ ｋ ｔｏ ａ ｔ ｅ ｇｎ ｅ ｇ ｃ ｉ ｐ ｃ ａｔ ｙｔｍ ｌ ｉ ｌｔ ｏ
（ 国防科学技术大学 ， 湖南 长沙 ４ ０７ ） １０ ３ 摘要 ： 卫星工具包（ Ｔ 是广泛应用于航天工程全过程的先 进卫星系统分析软件 。文 中首先提 出空间作 战系统的概念 ， Ｓ Ｋ） 在
建立空间作战系统模型 的基础上 ， 利用 Ｓ Ｋ软件的通信连接功能和三维演示功 能， Ｔ 对作战系统 的轨道设 计 、 任务规划 、 战 作
临近空间高超声速目标飞行动态特性STK仿真
“高超声速”（Hypersonic）一词由我国著名科学家钱学森于1964年首次提出，实际上高超声速飞行器技术的发展起步于20世纪50年代的超声速燃烧及超声速燃烧冲压发动机（简称超燃冲压发动机）的研究，至今已经历了近70年的历史。
2013年5月美国X−51A第四次飞行试验，实现了以碳氢燃料超燃冲压发动机为动力的临近空间飞行器飞行速度和飞行距离的历史性突破，以吸气式高超声速飞行器为代表的临近空间和空天飞行器技术再次成为航空航天领域的热点，其技术难度极高，机遇和挑战并存。
高超声速飞行器技术的发展最终是要实现高超声速飞行器的飞行和应用。
高超声速飞行器是指最大飞行速度大于等于5倍声速、在大气层内或跨大气层长时间机动飞行的飞行器，其主要应用形式包括高超声速巡航导弹、高超声速滑翔飞行器、高超声速飞行平台（包括有人/无人高超声速飞机等）以及空天飞行器等具有战略威慑作用的武器装备和具有广泛用途的航天空间飞行器。
按照飞行器主级有/无动力分类，可分为高超声速有动力飞行器（例如X−51A，巡航级为主级，动力装置采用超燃冲压发动机）和高超声速无动力飞行器（例如HTV−2，滑翔体为主级，无动力滑翔飞行）等。
本文以HTV-2高超声速无动力滑翔导弹为研究对象，重点研究导弹在滑翔段和再入段的飞行过程，并利用卫星工具软件STK(Satellite Tool Kit，STK)的三维可视化仿真技术，将纯数字形式的弹道转换为立体的可视化弹道，以动画的形式呈现出来，本文的研究方向是将高超声速导弹弹道进行三维可视化。
1.2 国内外研究现状1.2.1 高超声速飞行器发展状况美国航空宇航局(NASA) 已经研究高超声速飞行器将近70 年. 2004年 3 月, NASA 成功试飞了X-43 验证机, 标志着高超声速飞行器研究领域取得阶段性成果。
一般认为, 大于 5 倍声速的速度称为高超声速。
美国自20 世纪50 年代开始研究吸气式高超声速技术。
基于STK的轨道设计与仿真指导书_修订版_2007
基于STK的航天器轨道仿真与设计课程设计指导书北京航空航天大学宇航学院二〇〇七年十月目 录1 教学目标 (1)2 教学内容 (1)3 课程设计的相关背景知识 (1)3.1STK软件简介 (1)3.2STK基本操作 (4)3.2.1STK操作示例1：生成卫星轨道 (4)3.2.2STK操作示例2：太阳同步轨道 (9)3.2.3STK操作示例3：使用遥感器 (13)3.2.4STK基本操作练习及要求 (17)3.3STK/Connect模块编写简单的轨道设计与仿真软件 (18)3.3.1Visual C++ (18)3.3.2STK/Connect模块 (19)3.3.3STK/Connect实例 (20)3.3.4STK/Connect练习及要求 (23)3.4基于STK/VO的三维建模 (23)3.4.1STK/VO模块简介 (23)3.4.2STK/VO实例 (24)3.4.3STK/VO练习及要求 (27)4 课程设计内容 (27)5 课程设计报告 (28)6 考核方式 (28)附：课程设计报告范例 (29)1教学目标本课程设计训练，要求学生学习基于Satellite Tool Kit（以下简称STK）软件的轨道动力学仿真与设计的基本理论与方法，学会根据设计要求开展设计工作，并能联系实际深入掌握本专业的理论知识，从而使学生具备从事科学技术研究的基本技能。
2教学内容STK软件是面向航空航天相关领域的任务分析与轨道设计与仿真可视化软件，是航天器总体设计与轨道动力学相关专业工作人员必须掌握的工具软件之一。
本教学环节要求学生了解基于STK软件的航天器轨道仿真与设计的基本过程，设计一个基于STK的轨道仿真与设计程序框架，完成相关的代码编写，并最终完成课程设计报告。
具体的任务包括：熟悉STK软件的基本功能，仿真一个著名的空间飞行任务；利用STK软件的Connect模块编写简单的轨道设计与仿真程序利用STK模型描述语言构建一个简单的航天器三维模型编写课程设计报告3课程设计的相关背景知识3.1STK软件简介STK的全称是Satellite Tool Kit（卫星工具箱），由美国Analytical Graphics 公司开发出品。
stk在太阳同步轨道降交点地方时仿真中的应用
stk在太阳同步轨道降交点地方时仿真中的应用1. STK简介- STK（Systems Tool Kit）是一款用于建模、分析和可视化航天、防御和情报任务的软件。
- STK可以模拟卫星、导弹、飞机等物体在地球上空的运动轨迹，可以进行轨道分析、传感器性能评估、通信链路分析等。
- STK的仿真结果可以用于设计、规划和执行各种航天任务。
2. 太阳同步轨道- 太阳同步轨道是一种特殊的轨道，使得卫星在每天经过地球的同一点时，太阳的位置相同。
- 太阳同步轨道通常用于气象、地球观测、环境监测等任务，因为这些任务需要卫星在相同的时间、相同的位置上对地球进行观测。
- 太阳同步轨道的周期通常为一天或半天，轨道倾角通常在90度左右。
3. 降交点- 降交点是指卫星轨道与地球赤道面相交的点。
- 降交点是卫星轨道的一个重要参数，它决定了卫星的轨道倾角和轨道周期。
- 在太阳同步轨道中，卫星的轨道倾角和周期都是由降交点的位置决定的。
4. STK在太阳同步轨道降交点地方的应用- STK可以对太阳同步轨道进行建模和仿真，包括轨道倾角、周期、高度等参数。
- STK可以计算卫星在降交点地方的轨道速度、轨道半径、轨道周期等参数。
- STK可以模拟卫星在太阳同步轨道上的运动轨迹，包括升交点、降交点、地球赤道面等。
- STK可以评估卫星在太阳同步轨道上的性能，包括通信链路、传感器性能等。
- STK可以用于规划和执行太阳同步轨道上的任务，包括气象、地球观测、环境监测等。
5. STK在太阳同步轨道降交点地方的优势- STK的模型和算法可以精确地描述卫星在太阳同步轨道上的运动轨迹和性能。
- STK可以对不同的轨道参数进行优化和比较，以获得最优的轨道设计。
- STK可以与其他工具（如通信系统、传感器等）进行集成，以实现全面的任务规划和执行。
- STK可以提供直观的可视化界面，方便用户对仿真结果进行分析和展示。
6. 结论- STK在太阳同步轨道降交点地方的应用非常广泛，可以用于气象、地球观测、环境监测等任务。
基于STK的北斗卫星飞行轨迹仿真分析
技术论坛TECHNOLOGY FORUM中国航班CHINA FLIGHTS85基于STK的北斗卫星飞行轨迹仿真分析王浩 王运兴|陆军航空兵学院摘要：本文主要对STK 的北斗卫星飞行轨迹仿真情况进行简要阐述，首先是对STK 及其模块和北斗系统进行简要介绍，其次对STK 应用的相关数据进行说明，以及通过STK 所产生的卫星轨道数据的具体步骤。
通过对数据的分析从而希望为北斗卫星导航的研究提供有力帮助。
关键词：北斗卫星；STK；飞行轨迹随着社会的不断进步，科技的不断发展，高科技软件在航空航天等领域不断凸显出其重要的作用。
世界上第一个成熟的定位导航系统也就是GPS 的应用与普及，为我国卫星定位系统的发展提供了方向，随着我国初步建成的北斗卫星导航系统的面世，我国也在不断加快关于卫星仿真分析的研究。
这主要是利用飞行可视化仿真技术，来观察飞行器的飞行轨迹以及其他的任务状态，从而帮助我们更好的选择实施方案。
1 STK 及其模块简介STK 的全称是Satellite Tool Kit（卫星工具箱），是由美国Analytical Graphics 公司开发研制一款在航天工业领域最为先进的商业化分析软件。
STK 具有强大的功能，在现阶段是美国航空领域主要应用的软件，它支持航天任务周期的全过程，包括概念、需求。
设计、制造、测试、通信等研究领域，成为了业界比较有影响力的软件。
它的主要功能有分析能力、生成轨道、卫星数据库、可见性分析、遥感器分析等。
分析能力主要是通过传感数据，来对所接收、所看到的信息进行及时处理，并对数据进行分析，这里数据包括轨道预算、坐标类型和系统；它还有动画视觉效果，海陆空等任务的行动轨迹可以通过4D 动画效果进行展示效果，并可视实时监控；对于卫星的轨道可以进行预测，也可以设计性的轨道路线；太空遥测主要是通过对伟星管轨道的设计，然后对传感器进行姿态控制，并随时可以有影像结合。
2北斗导航定位系统我国现阶段自主研发出了北斗卫星导航系统，主要是由空间星座、地面控制和用户终端三大部分组成的。
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第31卷第1期2017年2月空军预警学院学报Journal of Air Force Early Warning Academy V ol.31No.1Feb.2017收稿日期：2016-09-08作者简介：刘辉(1982-)，男，博士，主要从事航天遥感和红外光电探测研究．STK 仿真工具在航天装备教学中的运用刘辉，许松，杜鹏飞，闫世强（空军预警学院，武汉430019）摘要：为提高我院航天装备教学质量，分析了传统航天装备教学中存在教学手段单调和实践环节不足等问题，提出了将STK 仿真工具运用到航天装备教学中，最后给出了一个仿真实验教学案例．教学实践表明，该教学方法对相关数学和物理基础理论知识相对薄弱且侧重航天装备应用的学员有很好的教学效果，可为其他类航天装备教学提供借鉴．关键词：军校；航天装备教学；STK 仿真工具；实验教学中图分类号：E251文献标识码：A 文章编号：2095-5839(2017)01-0070-03根据学员毕业后的任职需求，我院在生长干部学员、国防生和各类任职期班中开设了一定数量的航天装备类课程，如航空航天概论、航天测控原理与系统、航天器轨道基础、空间环境与轨道基础、卫星导论、卫星装备原理与技术等．航天装备类课程有多种教学方法，文献[1]在深入剖析国防科技大学的航天测控课程教学特点及存在的问题的基础上，提出了改进思路，但是相关研究局限于航天测控课程，不能涵盖整个航天装备类课程教学，且没有提出具体的改进措施和实施方法．文献[2]针对国防科技大学的航天通信与测控课程，提出采用研究型教学模式．研究型教学模式是采用课程专题设计的方式，学员通过完成课题研究的过程，掌握相关航天通信和测控的理论，同时培养学员的创新能力．这种方法和理论同样只适用于航天装备类课程的某些领域，而且对学员自身能力素质和前期理论知识储备及实践动手能力有较高要求．而我院相关航天装备类课程的教学内容范围广、学员基础较薄弱，需要探索新的教学方法和理论，以确保较高的教学质量．本文通过分析我院航天装备课程教学体系现状和学员基本情况，提出将卫星仿真工具包(STK)仿真工具运用到课堂理论和实践教学环节中的教学思路和方法，在航天装备类课程教学中实现学员专业知识学习和工程能力培养兼顾的教学目标．1航天装备教学存在的问题航天技术的发展及其在军事和国民经济中日益广泛的应用，激发了学员学习航天装备课程的热情，但我院航天装备教学尚处于起步阶段，当前我院航天装备类课程教学主要面临以下4个问题．1)学员基础薄弱，先修课程匮乏．我院航天装备课程的教学对象主要为生长干部学员、国防生和各类任职期班，学员没有航天领域的相关先修课程，基础知识薄弱．因此，在航天装备课程教学中，需要兼顾基础理论知识的普及和专业航天装备理论、技术的深解，既要使学员建立航天领域和航天装备的相关基本概念，又要针对特定的航天装备使学员掌握装备基本原理、作战运用和指挥控制流程，能够运用工程手段分析装备的用法、战法．2)航天装备新概念多，系统结构及原理复杂[1-2]．航天装备课程内容涉及天文学基础、航天器轨道运行基本原理、航天遥感、航天测控、图像数据处理、无线电通信等基础知识，涵盖航天发射、卫星姿轨控制、信号与系统、红外光电/雷达/可见光等探测原理、通信原理、星座构型设计与优化等课程．航天装备包含发射场系统、运载系统、卫星系统、测控系统、运控系统和应用系统等六大系统，各个系统又涉及大量的子系统，通常各大系统也涉及到多家生产和研制单位．3)教学装备不足，难以开展实践教学．装备部署使用后，卫星系统位于太空；测控系统往往由测控中心统一管理，不在装备使用单位；运控系统和应用系统由装备使用单位管理控制，通常要求24小时战备值班，且没有专门的用于教学的备份系统．因此，通常对于航天装备教学很难像雷达等地面装备教学那样，在实装上开展实践教学．这给系统复杂的航天装备课程教学，尤其是实战化教学增加了难度．4)教学内容多与课时少的矛盾突出．我院航天装备教学的对象范围广，不同专业和层次的学员的学习需求差别大，这就决定了针对不同的学员要讲授不同范围的知识点，导致课程教学涉及的内容较多、较广；而同时作为新开设的课程，课时安排又较少，授课内容多与课时少的矛盾尤为突出．以上问题必然导致采用传统方法进行航天装备教学时，教学手段单调，教员讲授难度大；学员学习理解困难，学习效果差[1,3]；实践环节不足，学用脱节，学习陷入盲目．因此，将STK 仿真工具引入航天装备教学中，以丰富教学手段，改善航天装备教学效果，提高教DOI:10.3969/j.issn.2095-5839.2017.01.018第1期刘辉，等：STK仿真工具在航天装备教学中的运用71学质量．2航天装备教学的STK仿真工具应用2.1STK仿真工具STK仿真工具是由美国AGI(Analytical Graphics，Inc.)公司开发的世界航天领域最先进的商品化仿真分析软件，STK软件从基础的航天与卫星领域起步，经过几十年的发展和完善，现在已发展到能够全面支持对复杂集成的陆、海、空、天、电(磁)一体，覆盖航天飞行控制、空间环境、卫星、雷达、通信、导航、电子对抗、导弹、深空探测等领域的仿真分析与评估[4-5]．STK仿真工具具有可信度高[4]、分析计算能力强、形象直观的高精度可视化能力、良好的扩展性和可移植性等特点，可以进行包括空间任务规划、生成轨道/弹道星历表、计算访问时间以及传感器覆盖分析等在内的分析计算并对计算结果和过程进行三维、二维可视化展示，形成相应的数据图表和统计分析结果，其丰富的扩展接口和编程接口，能够将STK复杂的仿真分析与显示功能灵活集成到其它应用软件中[4]，具备良好的二次开发性能．2.2应用方法在航天装备教学中合理利用STK仿真软件的仿真分析过程和结果，对与航天装备相关的教学，如航天领域基础概念(空间几何、坐标、时空基准等)、航天测控原理、航天器轨道、卫星导论、航天装备原理与技术等课程，都将起到事半功倍的效果．同时，利用STK仿真软件，结合课程内容，合理设计上机仿真分析实验内容，可以减小因教学装备不足产生的不利影响，在锻炼学员工程能力的同时，加深学员对航天装备相关理论的认识和理解，大幅度提高教学质量．将STK仿真工具运用于航天装备教学，重点是要充分利用其形象直观、分析计算能力强的特点，通过二维、三维的可视化呈现以及动画和分析图表，将抽象晦涩的航天装备理论知识以便于学员接受和掌握的方式呈现；同时利用STK仿真工具良好的扩展性和可移植性等特点，采用STK仿真工具构建航天装备实验教学环境，使学员通过上机实验操作，加深对相关知识点的掌握，并提高其系统仿真建模和装备作战运用的能力；另一方面利用STK仿真工具直观形象的呈现方式解决教学内容多与课时少的矛盾．1)利用三维静态场景建立航天空间几何认知要学好航天装备课程，必须要建立区别于地表空间几何的航天空间几何概念，这里涉及到天球、黄道、赤道、春分点、秋分点等基本概念以及地心惯性坐标系、地心固定坐标系、卫星本体坐标系、轨道坐标系等等各类天文坐标系和地球坐标系[3,6-7]．单纯从这些基本概念和各类坐标系的定义出发，讲解相关内容，极易造成知识点的混淆，尤其对于空间想象力差的学员，很难理解这些基本概念和各种坐标系及其相互之间的关系．利用STK仿真工具形象直观的三维高精度可视化场景和多媒体辅助教学手段，则可以在课堂上构建虚拟的航天装备空间场景，直观地展现各种航天基本概念和坐标系的空间几何特点及其相互关系．2)利用二维静态场景呈现航天装备空间几何映射关系全球地图的平面展开以及航天装备对地表及一定空间高度空域的覆盖范围是航天装备教学中的又一重难点．要从理论上把这些知识点讲授清楚，需要一系列复杂的公式推导才能反映三维、二维空间映射关系．从前面对我院航天装备教学对象的分析可知，学员的相关基础薄弱，要其掌握繁杂的理论推导并迅速建立航天装备空间几何映射关系，既不现实也无必要．利用STK仿真工具形象直观的二维高精度可视化场景，可以在课堂上演示各种不同投影方法形成的全球地图平面展开形式，同时通过STK仿真工具构建各类航天装备及其探测模块的仿真模型，直观地展现航天装备各种情况下的观测覆盖范围，并以各种不同的渲染形式直观呈现在课堂上．借助STK仿真工具，避免了三维空间到二维空间映射和装备对地观测几何关系及覆盖范围相关知识点繁杂的理论公式推导，从而避开了知识点讲授中的难点内容，又确保学员掌握相关知识点的重点核心内容，做到了因材施教、避繁就简，激发了学员的学习积极性，活跃了课堂氛围，取得了良好的教学效果．3)利用仿真动画演示航天装备运行情况航天装备运行在特定的航天空间，为了满足特定的任务，装备还需要进行姿态轨道控制和任务载荷控制，如果单纯从航天空间和航天装备结构、功能等层面理论讲授相关知识点，对于航天理论知识薄弱的学员而言很难激发学员的学习热情，不仅需要耗费大量的教学课时，且达不到预期的教学目的．利用STK仿真工具的三维和二维动态演示功能，通过构建各类不同航天装备的运行轨道、姿态轨道控制和任务载荷控制模型，可以在课堂上直接用仿真动画的形式演示航天装备的在轨运行情况，再辅以多媒体教学手段和理论知识讲解，可以快速调动学员思维、加深重要知识点的理解和掌握，在缩短教学课时的同时提升教学质量．4)利用分析图表揭示航天装备运行规律航天装备运行轨道参数随时间变化规律、各种轨道摄动因素影响航天装备轨道参数的规律、航天装备探测环境不同季节和不同时段的变化规律等是研究航天装备作战使用时必须考虑的重要内容，因此这些知识点也是航天装备课程教学的重点内容．然而这些知识点涉及复杂的轨道动力学知识，尤其在轨道摄动方面，很多知识点很难通过理论讲授和公式推导讲清楚，在传统的航天装备课程教学中往往只能通过一些典型的数据加以说明．这些典型数据不仅不能帮助学员认识理解航天装备运行规律，反而显得非常突兀，对相关知识点的掌握毫无益处．利用STK仿真工具强大的分析计算能力和灵活的空军预警学院学报2017年72分析图表绘制功能，结合课堂理论讲授和多媒体辅助教学手段，可以先用STK仿真工具的分析计算模块完成复杂的航天轨道力学的仿真计算，再通过对比分析和统计分析，将量化计算结果以图表的形式展现在课堂上，辅以理论讲授，加深学员对相关知识点的认识和理解．5)利用STK仿真工具良好的扩展性和可移植性，构建实验教学环境我院航天装备教学的主要特点是，不要求学员掌握复杂的航天基础理论，重点是要使学员对航天装备的运行环境、工作原理、运行状态和装备使用有直观的感受和认识．为此，航天装备课程的实验教学显得尤为重要．通过合理设计实验教学内容，可以加深学员对航天装备相关理论的认识，尤为重要的是可以避开复杂的航天基础理论，使学员对航天器轨道、通信链路、轨道摄动、覆盖性能等有直观认识，奠定开展装备作战运用研究的基础，实现航天装备教学向实战化教学的转变．利用STK仿真工具良好的扩展性和可移植性等特点，不仅可以直接采用STK仿真工具设计仿真模拟实验，还可以通过二次开发，根据特定的航天装备运用设计个性化的装备作战运用仿真平台，使航天装备教学更加贴近装备实际情况，加深学员对航天装备运行原理和工作状态的认识理解，同时提升课程实战化教学水平，确保学员掌握航天装备作战运用方面的基本技能．3教学实例传统的航天装备课程教学中关于航天器轨道摄动内容的讲授是一个难点，要通过理论推导把各种摄动因素讲清楚非常困难[8]．本文以地球静止轨道(GEO)航天器的轨道摄动分析为例，说明基于STK仿真工具的仿真实验的设计思路和教学方法．1)实验目的该实验重点分析地球非球形引力、太阳引力、月球引力、大气阻力和太阳光压等摄动力对地球静止轨道(GEO)航天器的轨道参数的影响情况．通过STK仿真工具的建模分析，给出定量和定性的描述，使学员认识各种轨道摄动因素对GEO航天器的影响规律．2)实验内容①仿真分析地球非球形引力、太阳引力、月球引力、大气阻力和太阳光压等摄动力对GEO卫星星下点经纬度和卫星高度的影响情况；②仿真分析不同定点经度的GEO卫星在地球非球形引力摄动作用下的星下点经度漂移情况，通过分析确定由于地球非球形造成的对GEO卫星的引力槽．3)实验结果①轨道摄动分析．利用STK仿真工具的轨道摄动分析功能，分别分析地球非球形引力、太阳引力、月球引力、大气阻力和太阳光压等摄动力对GEO卫星轨道参数的影响情况．分析结果如表1所示．②地球引力槽分析．由表1可知，对于GEO航天器，地球非球形引力是最主要的摄动力，该摄动力主要是造成航天器高度和星下点经度的变化，其中星下点经度的变化与航天器的初始定点经度密切相关．实验中利用STK仿真工具分析不同定点经度的GEO航天器在地球非球形引力作用下的星下点经度变化情况．表1各种摄动力对GEO卫星轨道参数影响情况分析结果表明，GEO航天器星下点经度在摄动力(主要是地球非球形摄动力)作用下会产生漂移，且存在2个位置是星下点经度漂移量最小的，相对应的GEO航天器初始定点经度分别为东经75°(星下点经度漂移量为±1.8245°)和西经105°(星下点经度漂移量为±2.229°)．也就是说GEO航天器初始定点经度在东经75°和西经105°时，受地球非球形引力摄动的影响最小(这2个位置因此也被称为地球引力槽)，运行在这2个位置的GEO航天器进行轨道保持消耗的燃料最少，在航天器携带燃料一定的情况下，可以大大增加航天器的在轨寿命．通过采用STK仿真工具设计合适的航天器轨道摄动仿真实验，可以使学员在实际的仿真分析过程中认识各种不同的摄动力对不同轨道的航天器轨道参数的影响情况的定量化分析数据，并以图表的形式直观地对比分析，加深对相关轨道摄动知识的认识和掌握．4结束语综合考虑培训对象知识储备和人才培养需求，将STK仿真工具引入航天装备教学中．理论教学中，利用STK仿真工具形象直观的高精度可视化能力，将复杂抽象的航天基础理论知识以图表和动画的形式展现出来，避开复杂的理论公式推导，适应学员知识能力需求；实验教学中，通过合理设计STK仿真分析实验，让学员动手构建航天器轨道、通信链路、轨道摄动、覆盖性能等仿真模型，并通过量化的图表分析报告，使学员掌握相关的航天理论和规律，为开展航天装备运用研究奠定基础，完成航天装备教学向实战化教学的转变．STK仿真工具在航天装备教学中的运用取得了良好的教学效果，激发了学员的学习积极性，加强了学员对相关知识点的掌握，锻炼了学员的实践操作能力，可以在各类航天装备课程中使用．参考文献：[1]陆必应,王建.“航天测控”课程教学方法探索与实践[J].中国电力教育,2013(25):141-142.(下转第75页)第1期韩俊，等：电子对抗情报分析课程实践教学改革探析75队，熟悉电磁环境，获取沿海一带的最新电磁目标信号，此外也要加强和陆、海军部队的交流合作，不断拓展完善北部、西南部方向甚至海面电子目标的实侦数据，以确保学员在实验室这个准战场中对真实作战目标进行分析，获取战场经验．③增设相关硬件设备平台．通过增加模拟信号源、采集存储卡、示波器、频谱仪等相关硬件设备，搭建雷达信号模拟产生、采集和存储的硬件平台，使学员在进行侦测数据分析之前，了解和掌握侦测雷达信号的过程与方法．4结束语随着战场电磁目标的不断更新换代和电磁环境的日益复杂，在推进电子情报分析课程实践教学的实战化改革过程中，必须注意与时俱进、把握规律、遵循需求，不断完善教学模式与教学内容，最终达到课程实践教学的实战化改革目的．参考文献：[1]刘晓才,安强.卓越指挥人才实战化教学训练创新[J].国防科技,2014,35(5):19-21.[2]曾璞,欧英立.院校实战化教学训练创新[J].国防科技,2014,35(5):15-18.[3]宋海涛,李洪广,赵中凯,等.试论实战化教学的基本问题[J].课程教育研究,2015(14):58.[4]张衡,林强,张堃,等.雷达装备课程实战化教学思考[J].空军预警学院学报,2014,28(5):372-373.[5]蔺美青,张路,朱勇,等.电磁环境课程实战化教学改革的思考[J].空军预警学院学报,2015,29(2):127-130.[6]王红,毕红葵,张伟,等.一种雷达装备实战化教学模式[J].空军预警学院学报,2016,30(5):373-375.Study of reform in practical teaching of the ECM intelligence analysis courseHAN Jun,PAN Yichun,WEI Qingyun,CHEN Bei(Air Force Early Warning Academy,Wuhan 430019,China)Abstract ：In order to advance the combat-oriented reform in practical teaching of the ECM intelligence analysis course,this article analyzes the problems existing in the current practical teaching of the course.The article,through analyzing the real combat needs of practical teaching of the above mentioned course,also puts forward the practical teaching reform measures from four aspects concerning optimizing the practical teaching proportion,diversifying the practical teaching approaches,enriching the practical teaching content,and perfecting the supporting facilities for teaching.This study provides helpful reference for the combat-oriented teaching of other courses in the military academies.Key words ：military academy ；ECM intelligence analysis ；practical teaching ；modereform(上接第72页)[2]黄奕勇.创新意识培养从课堂开始：航天通讯与测控研究型教学[J].高等教育研究学报,2013,36(1):33-35.[3]张文昭,高健.STK 卫星仿真软件在天体力学教学中的应用[J].实验技术与管理,2013,30(2):118-121.[4]郭斐,张小红,于兴旺,等.基于STK 软件的GALILEO 系统仿真与分析[J].测绘信息与工程,2009,34(1):3-6.[5]李志强,吴曦,荣明,等.基于信息系统体系对抗STK 基础仿真应用[M].北京:军事科学出版社,2014:41-67.[6]航空航天工业部第5研究院.卫星坐标系:GJB 1028-90[S].北京:国防科学技术工业委员会,1991:1-10.[7]刘洋,易东云,王正明.地心惯性坐标系到质心轨道坐标系的坐标转换方法[J].航天控制,2007,25(2):118-121.[8]罗志才,钟波,宁津生,等.GOCE 卫星轨道摄动的数值模拟与分析[J].武汉大学学报(信息科学版),2009,34(7):757-760.Application of STK simulation tool in aerospace equipment teachingLIU Hui,XU Song,DU Pengfei,YAN Shiqiang(Air Force Early Warning Academy,Wuhan 430019,China)Abstract ：In order to improve the quality of the aerospace equipments teaching in our academy,this article deeply analyzes the problems in the traditional teaching method of aerospace equipment,such as single teaching means and inadequate practice and so on.The article also proposes the method of applying the STK simulation tool to the aerospace equipment teaching,and finally offers an example of the simulation experimental teaching.The teaching practice demonstrates that the proposed teaching approach has a very good teaching efficiency for those cadets who are relatively weak in the mastery of the relevant theoretical knowledge of mathematics and physics,but whose emphasis is on the application of aerospace equipment.Therefore,the proposed method can be used for reference in the teaching of other types of aerospace equipment.Key words ：military academies ；aerospace equipment teaching ；STK simulation tool ；experimentalteaching。