[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

说明书

本发明公开了一种基于STK和MATLAB联合仿真的卫星轨道生成方法和生成器，包括创建仿真场景、创建运载体、解算目标卫星星历、创建目标卫星、导出导航数据五个主要步骤，其中解算目标卫星星历采用根据卫星轨道高度、卫星在相机视场中出现的方位与运动方向等仿真参数要求自动得到目标卫星星历。本发明可完成任意导航卫星轨道的设定、自动解算与自动导入工作，实现基于STK的轨道生成。本发明基于STK/Connect链接模块，借助MATLAB程序指令自动完成STK场景创建、运载体与目标卫星创建和参数设置、导航数据导出等工作，解算快速、准确、程序化、可靠性高，为实现光学导航算法的大规模自动连续仿真提供了便利。

技术领域

本发明属于航天器轨道动力学仿真技术领域，涉及一种基于STK和MATLAB联合仿真的卫星轨道生成方法和生成器。

背景技术

光学导航方法利用运载体携带的光学敏感器在轨获取地理标志物或星历已知的导航目标源(如地球边缘、行星、小行星、恒星等)的光学图像，通过图像处理从中提取导航目标源的方向信息(如星光角距、视线矢量等)，经导航算法获得运载体在参考坐标系中的位置、速度等导航参数，是一种相对成熟的导航方法，光学导航原理见图1。

近地卫星主要为微小卫星或立方星，分布在高度500到2000千米的轨道。这些分布密集的卫星能够作为光学导航过程中优秀的信息源。相比于恒星目标，人造卫星与运载体之间相对距离有限，其位置信息可通过星历数据计算，为精确定位提供了可行性。同时，相比于地理标志物、日、月、行星等目标物，未来近地卫星数量众多、分布广泛，能够有效保证观测数据的连续性。

开发基于近地空间卫星的新型光学导航算法需要进行大量的仿真工作，生成可观测卫星的星历数据是其中的一个重要环节。卫星工具包(Satellite Tool Kit，STK)支持航天任务的全过程，包括测试、发射、运行和任务应用。STK的轨道计算功能丰富、可靠，利用STK可以方便快速地分析复杂的陆、海、空、天任务。但STK自身没有自动解算所需卫星轨道的能力，且无法通过编程实现对某些复杂航天任务的仿真分析，例如：循环计算、复杂的嵌套迭代、复杂的收敛判据等。卫星的运行过程中，对于不同的导航工况，往往需要提前利用其它分析计算软件(如MATLAB)解算好参数以后再进行导入，如果需要对卫星的相应参数进行改变，就需要停止仿真，重新按照相应流程设定相关参数，从而不能使整个导航系统自动且连续地运行仿真，基于近地空间卫星的导航技术工况复杂，且数据源的观测具有很强的随机性，如果仅依靠手动向STK导入参数的方式进行卫星轨道生成，会严重影响仿真的效率和可重复性，针对测试算法性能的大规模仿真工作更是难以进行。与此同时，MATLAB使用便捷、能编程实现复杂逻辑，便于进行可观测卫星的轨道设定，但自身没有轨道计算能力，难以实现精密轨道的求解。基于STK/Connect链接模块可以实现STK与MATLAB之间的通信，通过MATLAB完成任意所需的可观测卫星的轨道设定后，给STK发送相关指令控制STK的运行，导出精密的轨道数据后，输入导航算法进行解算，从而能够实现两个强大成熟的软件的强强联合，实现任意导航卫星轨道的设定、自动解算与自动导入工作，为导航算法的仿真测试带来极大的便利。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对STK没有自动解算所需卫星轨道能力的不足，提供一种基于STK和MATLAB联合仿真的卫星轨道生成方法和生成器，该方法能够根据仿真要求自动解算任意所需的导航卫星轨道，并基于STK/Connect链接模块，借助MATLAB程序指令自动完成STK场景创建、运载体与目标卫星创建和参数设置、导航数据导出等工作，生成器用于执行此方法，本发明为实现导航算法的大规模自动连续仿真提供便利。

本发明提出了了一种基于STK和MATLAB联合仿真的卫星轨道生成方法，包括以下步骤：

S1，创建仿真场景

使用MATLAB在STK中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