[发明专利]基于STK和MATLAB联合仿真的卫星轨道生成方法和生成器

权利要求书

1.一种基于STK和MATLAB联合仿真的卫星轨道生成方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1，创建仿真场景

创建指定名称的仿真场景，并设置场景参数，参数包括：场景起止时间、场景历元、场景动画时间和步长；

S2，创建运载体

创建指定名称的运载体，并设置其参数，参数包括：飞行起始时刻、起止经纬度、高度、速度、加速度；

设置光学相机固联在运载体质心，成为运载体相机，控制视场形状、半顶角、视场大小与偏转范围；

创建星座用于收纳低轨目标卫星星座；

创建运载体相机和星座之间的链路；将运载体、运载体相机、星座添加到链路中；

S3，获取目标卫星星历

S31，给出坐标系之间的转换矩阵，坐标系包括：

惯性坐标系、地球坐标系、北东地地理坐标系、载体坐标系和相机坐标系；

S32，得到目标卫星在相机坐标系下相对于运载体的距离和位置矢量

S33，得到目标卫星在惯性坐标系下的位置和速度

S331，得到目标卫星在相机坐标系下的位置矢量和单位速度方向矢量

根据目标卫星在相机坐标系下相对于运载体的的位置矢量，和运载体在相机坐标系下到地心的位置矢量，得到目标卫星在相机坐标系下到地心的位置矢量

设目标卫星在相机坐标系下的速度分解为垂直速度和水平速度其中与相机的xoy平面垂直，为在相机xoy平面的投影，则有：

其中，φ为目标卫星在运载体相机视场中出现的方向、η为目标卫星速度矢量在相机坐标系xoy平面的投影与目标卫星方向的夹角；

为目标卫星在相机坐标系下的速度的单位速度方向矢量，表示各分量之间的方向性关系，其各分量为设的模值为1，则参考式(8)可求得和的值，待求解的为求解步骤如下：

由于卫星的运行轨道为圆轨道，故有：

进而有：

代入各向量的分量值得：

其中，为在z轴方向的分量。

得到后，通过归一化可得到的值，即的单位速度方向矢量；

S332，得到目标卫星在地球坐标系下的位置矢量和速度；

根据目标卫星在相机坐标系下的位置矢量r_s^c和单位速度方向矢量得到地球坐标系下位置矢量r_s^e和单位速度方向矢量速度

目标卫星在相机坐标系下速度的模值为则有：

其中，为目标卫星在地球坐标系下的速度；

目标卫星在惯性系下速度的模值可由公式(14)得到：

其中，GM为地心引力常数，其值为398600.44×10⁹m³/s²，R+h为目标卫星距地心的距离。

由于地球的自转，根据矢量绝对导数与相对导数的关系：

其中，和分别表示惯性坐标系和地球坐标系下的速度，ω_ie为地球的自转角速度，R+h为目标卫星距地心的距离，ω_ie×(R+h)为地球自转产生的牵连速度；

根据式(15)，有：

其中，为目标卫星在惯性坐标系下的速度；

联立(13)、(14)和(16)式可得到的值，进而得到的值；

S333，将地球坐标系下的位置矢量和速度转换到惯性坐标系下：

S34，得到不同导航工况下的目标卫星星历

根据单星时序可见、多星可见、和单星多次观测三类导航工况，分别利用步骤S32和步骤S33得到目标卫星星历；

S4，创建目标卫星

创建目标卫星，并将步骤S3得到的目标卫星星历导入STK中；

S5，导出导航数据

在完成目标卫星的创建和目标卫星星历的导入工作后，STK即可导出所需的导航数据。