CN113720297A - 基于stk和matlab互联的卫星对目标可见窗口计算方法 - Google Patents

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CN113720297A
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李志亮
李小将
杨海涛
姜明勇
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Peoples Liberation Army Strategic Support Force Aerospace Engineering University
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种基于STK和MATLAB互联的卫星对目标可见窗口计算方法，步骤一、基于COM形式，建立STK和MATLAB连接；步骤二、新建场景并设置参数；步骤三、新建卫星和传感器对象并设置卫星轨道参数及传感器参数；步骤四、在设定的经度、纬度范围的区域内随机生成多个地面目标；步骤五、使用MATLAB的for循环和if条件判断，将地面目标的经纬度逐个添加到建立的场景中，并计算卫星对目标的可见窗口及对应的成像姿态角；本发明方法能够利用MATLAB从STK中直接调用函数进行场景构建、可见窗口计算、数据提取和管理，以实现低耦合、高效率的可见窗口计算。

Description

基于STK和MATLAB互联的卫星对目标可见窗口计算方法
技术领域
本发明属于卫星遥感的技术领域，具体涉及一种基于STK和MATLAB互联的卫星对目标可见窗口计算方法。
背景技术
卫星对目标可见窗口计算是卫星对地观测应用中的基本问题，其过程涉及地球空间几何、卫星轨道等多个问题，是一个非常复杂的数学模型。在实际应用场景中，如何计算卫星对多个目标的可见窗口，是卫星对地观测应用中需要解决的一个基本问题。
目前，针对卫星和多个目标的可见窗口计算问题，国内外已有很多工具和软件，可总结为三类：一是利用STK进行计算，STK是美国AGI公司推出的支持航天任务全过程仿真的卫星工具包，是一个成熟的商业软件，它可提供逼真的三维可视化动态场景、精确的图表、报告等多种仿真分析结果，在卫星的可见窗口计算、覆盖分析、效果评估等方面有着广泛应用。STK具有轨道计算功能丰富、可靠的优点，但是其自身无法通过编程实现对复杂航天任务的仿真分析，例如复杂的循环计算、嵌套迭代、条件判断等，因此在进行卫星和多个目标的可见窗口计算时，人工的工作量很大，难以实现自动化计算和数据提取。二是利用编程软件(以MATLAB为例)进行计算，MATLAB是美国MathWorks公司推出的商业数学软件，它提供了丰富的数据分析和高级数学计算功能，是当前科学计算和工程应用领域先进的仿真分析软件，在数据分析、图像处理、信号处理、控制系统、航空航天等领域发挥了重要作用。MATLAB具有使用便捷、复杂逻辑的编程实现能力强等优点，但是其自身不具备轨道计算能力，而通过编程实现卫星对多个目标可见窗口计算的成本高、效率低。三是利用面向特定航天任务开发的专用软件系统进行计算，专用软件能够实现卫星和多个目标的可见窗口计算，但是专用软件的开发成本高，且耦合程度高，随着需求或任务的变化，功能扩展和二次开发的成本较高。
合理利用成熟软件，实现其优势互补，是进行卫星对多个目标可见窗口计算的有效途径。STK提供了超过150个MATLAB交互函数命令，使用户能够使用MATLAB从STK中直接调用函数进行分析、处理和计算，通过这些函数，MATLAB可以与STK进行数据交流，包括数据传输与控制、报告创建与管理等。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于STK和MATLAB互联的卫星对目标可见窗口计算方法，能够利用MATLAB从STK中直接调用函数进行场景构建、可见窗口计算、数据提取和管理，以实现低耦合、高效率的可见窗口计算。
实现本发明的技术方案如下：
一种基于STK和MATLAB互联的卫星对目标可见窗口计算方法，包括以下步骤：
步骤一、基于COM(Component Object Model)形式，建立STK和MATLAB连接；
步骤二、新建场景并设置参数；
步骤三、新建卫星和传感器对象并设置卫星轨道参数及传感器参数；
步骤四、在设定的经度、纬度范围的区域内随机生成多个地面目标；
步骤五、使用MATLAB的for循环和if条件判断，将地面目标的经纬度逐个添加到建立的场景中，并计算卫星对目标的可见窗口及对应的成像姿态角。
进一步地，步骤二中的设置参数具体包括：设置场景仿真时长和设置场景中的参数单位。
进一步地，步骤三中卫星轨道参数的表示采用开普勒六根数形式。
进一步地，卫星轨道参数具体包括：
轨道形状类型，采用近地面和远地点轨道高度表示；
轨道方位类型，采用升交点赤经表示；
卫星位置类型，采用真近点角表示；
卫星轨道六要素的数值，包括：近地点高度、远地点高度、轨道倾角、近地点幅角、升交点赤经和真近点角。
进一步地，所述的传感器参数包括：传感器形状、传感器角度及传感器的约束条件。
有益效果：
本发明基于STK和MATLAB互联进行场景构建、卫星和传感器对象的构建和参数设置，最终实现可见窗口和成像姿态角的计算，本发明方法高效地实现卫星对多个目标的可见窗口计算，并且耦合程度低，易于功能扩展和二次开发。
附图说明
图1为基于STK和MATLAB互联的可见窗口计算流程。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了基于STK和MATLAB互联的卫星对目标可见窗口计算方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
STK和MATLAB互联通常有两种形式：一种是COM(Component Object Model)形式，即组件对象模型；另一种是MexConnect形式。COM形式具有调用清晰、适用便捷的优点，本发明方法采用COM形式。
1.建立STK和MATLAB连接
首先启动MATLAB软件，新建m文件。
输入下条命令，可以显示STK；没有场景的状态，可以不输入，后面建立场景自然会显示STK。
2.新建场景并设置参数
(1)建立一个新的场景
新建一个场景，命名为“RS”，
(2)设置场景仿真时长
设置完场景时间后，通过ExecuteCommand是动画重新设置。
(3)设置场景中的单位
这里将距离单位设置为公里(km)，纬度和经度单位设置为度(deg)。
3.新建卫星和传感器对象并设置参数
(1)新建卫星对象
新建一个卫星对象，命名为“Sat_1”。
执行Propagate命令后，卫星将运行，即在STK中可以看到卫星运行轨迹。
(2)设置卫星轨道参数
卫星轨道参数的表示有多种方式，这里选择开普勒六根数形式。
轨道形状类型，采用近地面和远地点轨道高度表示。
轨道方位类型，采用升交点赤经表示。
卫星位置类型，采用真近点角表示。
然后设置卫星轨道六要素(近地点高度、远地点高度、轨道倾角、近地点幅角、升交点赤经、真近点角)的数值，这里采用一颗典型的低轨太阳同步轨道。
按照上述参数生成卫星轨道，如修改参数，需再次运行如下命令。
(3)新建传感器对象并设置参数
卫星对地观测中，主要是通过传感器实现对目标的成像，因此，需建立传感器对象，并设置传感器参数。
新建卫星的传感器对象，名命为“sen_range”。
设置传感器形状，这里采用简单的圆形。
设置传感器角度，设置半角为45度。
增加传感器的约束条件；如果该卫星为光学成像卫星，则需设置光照条件约束；这里将传感器的光照约束条件设为阳照区可见。
4.新建地面目标
地面目标的选择，采用在一定区域范围内随机生成地面目标的方式，在纬度范围为0°N～50°N，经度范围为60°E～150°E的区域，随机生成300个地面目标的经纬度。生成的文件存为“T_300.mat”。
5.计算可见窗口并提取数据
使用MATLAB的for循环和if条件判断，将目标经纬度逐个添加到建立的场景中，并计算卫星对目标的可见窗口。此外，本方法不仅能够计算可见窗口，而且能够提取每个时刻(以秒为单位)卫星对目标的滚动角和俯仰角，对于具有俯仰成像的敏捷卫星同样适用。
建立一个if条件判断，若存在可见时间窗口，将可见的弧段起始时间列表存入设定文件中。
通过可见窗口计算，得到卫星Sat_1对300个地面目标的可见窗口数据。以表1中的Sat_1对Target_2为例，其可见窗口为1May 2021 07:16:43～1May 2021 07:18:29，选取其中的10秒，以1秒为间隔，在这个时间段内，卫星Sat_1指向Target_2的滚动角和俯仰角如表1所示。
表1卫星Sat_1指向Target_2的滚动角和俯仰角
Figure BDA0003239826530000061
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于STK和MATLAB互联的卫星对目标可见窗口计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、基于COM形式，建立STK和MATLAB连接；
步骤二、新建场景并设置参数；
步骤三、新建卫星和传感器对象并设置卫星轨道参数及传感器参数；
步骤四、在设定的经度、纬度范围的区域内随机生成多个地面目标；
步骤五、使用MATLAB的for循环和if条件判断，将地面目标的经纬度逐个添加到建立的场景中，并计算卫星对目标的可见窗口及对应的成像姿态角。
2.如权利要求1所述的基于STK和MATLAB互联的卫星对目标可见窗口计算方法，其特征在于，步骤二中的设置参数具体包括：设置场景仿真时长和设置场景中的参数单位。
3.如权利要求1所述的基于STK和MATLAB互联的卫星对目标可见窗口计算方法，其特征在于，步骤三中卫星轨道参数的表示采用开普勒六根数形式。
4.如权利要求3所述的基于STK和MATLAB互联的卫星对目标可见窗口计算方法，其特征在于，卫星轨道参数具体包括：
轨道形状类型，采用近地面和远地点轨道高度表示；
轨道方位类型，采用升交点赤经表示；
卫星位置类型，采用真近点角表示；
卫星轨道六要素的数值，包括：近地点高度、远地点高度、轨道倾角、近地点幅角、升交点赤经和真近点角。
5.如权利要求1所述的基于STK和MATLAB互联的卫星对目标可见窗口计算方法，其特征在于，所述的传感器参数包括：传感器形状、传感器角度及传感器的约束条件。
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Title
陈秋琼: "基于 STK 与 Matlab相结合的卫星对目标的可见性分析", 《电子设计工程》, pages 181 - 183 *

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