【转载】STK 特定问题建模（一）判断对象可见性（存在约束）

【转载】STK 特定问题建模（一）判断对象可见性（存在约束）

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简介

创建卫星与地面站，查看特殊约束下二者间的可见性（可见开始、结束、持续时间），以及卫星可见时，卫星相对于地面的距离、角度信息。

图1 卫星可见性判断场景

一、创建卫星，设定轨道参数

插入STK中的卫星对象，选择轨道向导（Orbit Wizard）方式

图2 创建卫星

通过Orbit Wizard方式插入卫星时，上端Type来选择插入的卫星轨道类型：

图2 选择卫星轨道类型

不同类型的轨道解释如下：

Type	解释
Circular	环形轨道（最常用），其轨道的半径是恒定的
Critically Inclined	临界倾斜轨道（冻结轨道）：近地点保持在一个固定的纬度上，近地点线不会随时间而改变。该轨道下，地球非圆球形状和地球质量分布不均匀造成的自然摄动，不会造成轨道椭圆的长轴在轨道面内转动，倾角等于63.4度。
Critically Inclined, Sun Sync	近倾太阳同步轨道，结合了两种基本轨道类型的特点。该轨道采用 116.565 度的逆倾角。卫星每转一圈都会在同一当地平均太阳时从上空经过，近地点保持在一个固定的纬度上
Geosynchronous	地球同步轨道，轨道上的卫星将固定在指定的固定经度上空
Molniya	闪电轨道（莫尼亚轨道），一种为高纬度地区提供通信和遥感服务的卫星轨道。闪电轨道高度偏心，即远地点高度和近地点高度相差很大。闪电轨道的倾角也很大。这使得轨道的近地点位于南半球。闪电轨道在北半球极端纬度地区的停留时间也很长
Orbit Designer	自定义轨道
Repeating Ground Trace	重复地面轨道，当需要在不同时间获得相同的观测条件以探测变化时，重复地面轨迹的轨道非常有用。地面轨迹可以每天重复，也可以在每天重复之前交织在一起
Repeating Sun Sync	重复太阳同步轨道，当需要在不同时间获得相同的观测和照明条件以探测变化时，重复地面轨迹的太阳同步轨道非常有用。轨道重复地面覆盖周期，每转一圈都在大致相同的当地平均太阳时从上空经过
Sun Synchronous	太阳同步轨道，轨道平面能够始终“与太阳同步”，即在地球公转的过程中与太阳-地球连线（光线）的夹角保持不变，卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向。太阳同步轨道的特点是其节点保持恒定的当地平均太阳时

本次仿真中，选择Molniya轨道。
Definition中定义该轨道下远地点高度（Apogee Altitude）、近地点高度（Perigee altitude）以及近地点幅角（argument of Perigee），这里选用默认值，不进行更改。之后点击apply完成卫星插入。

通过右键卫星，zoom to视角，查看创建的卫星

该卫星模型是glTF (GL Transmission Format)，一种使用JSON标准的3D场景和模型的文件格式。STK附带了一些安装的glTF模型，可以在任何对象的3D图形模型属性中访问。

二、创建地面点

插入STK中的地点对象，选择City Database方式，根据City Name搜索城市Washington，选择select Washington (City Name) District of Columbia (Province)。

三、计算卫星与地面点可见性（无约束）

查看什么情况下卫星可以看见地面点。STK中通过使用ACCESS计算两个目标间的可见性，一旦计算了对象间的可见性，它就与定义对象保持密切的关系。如果定义对象中的任何一个被更改，使得可见性计算起始时间可以改变，则可见性将自动重新计算。此外，如果任何一个定义对象从场景中删除，则计算的可见性结果将自动删除。

点击上方工具栏中的Access选项

在Access for中，选择计算可见性的源对象，即从谁的角度出发查看可见性。在下方列表中，选择地面点Washington，点击Compute，计算卫星与地面点之间的可见性。

计算完成后，在3D场景以及2D场景中，播放动画，当卫星与地面点可见时，二者之间会有连线，以表示两个对象可见。

在Access窗口，点击Reports下的Access，即可查看2023-10-2-4：00至2023-10-3-4：00期间，两个卫星与地面点的可见开始时间、结束时间以及每次可见的持续时间。可以看出，一天之内，地面点与卫星共有两个时间段内可见，分别持续40438以及17820秒。点击Graphs下的Access，查看可见时间段可视化

点击Reports下的AER，查看可见时间段内，地面点相对于卫星的斜距、方位角以及仰角。可以看出，默认导出数据间隔为1min。点击Graphs下的AER，可以查看斜距、方位角、仰角随时间的变化情况

四、计算卫星与地面点可见性（存在约束）

接下来查看有约束时，两个对象间的可见性。这里的约束条件包括：
1、从地面观察卫星，仅计算卫星相对于地面点仰角大于15°时可见时间段
2、从地面观察卫星，仅计算地面为夜晚时卫星可见时间段
3、从地面观察卫星，仅计算卫星被太阳直射时可见时间段

这里创建一个新的卫星对象，该卫星在一天之内有多段时间内在地面点上空经过，因此可以方便查看增加约束前后，卫星可见性变化情况。

新创建的卫星从Standard Object Database中寻找，搜索ISS（International Space Station）国际空间站并选择

插入后的国际太空站轨道（红色）如下：

首先计算无约束下地面点与ISS的可见性，可见时间段如下图。可以看出，无约束情况下，共有7个时间段下地面点可见ISS。


2D窗口中绿色线代表ISS可见时间段内的运行轨道（由于一天内多次可见，因此出现多条线段）

（1）仰角约束

增加地面点最小仰角约束。双击地面点Washington，打开属性界面。在约束Constraints Basic中，设置最小仰角为15°。而后应用

增加仰角约束后，可见时间段变化如下图。可以看出，可见时间段从7段变为4段。

（2）地面夜晚约束

约束地面点为白天时计算可见性。双击地面点打开属性，在约束Constraints Sun下，选中Lighting，并选择光照约束为夜晚，即无光照（Umbra），由此完成约束地面为夜晚。

（3）卫星太阳直射约束

双击ISS卫星打开属性，在Constraints Sun下，选中Lighting，并选择光照约束为太阳直射（Direct Sun），由此完成卫星被太阳直射的约束。

之后保存设定，并刷新Access计算结果，如下图所示。可以看出，对地面点仰角、光照进行约束后，仅有一段时间地面点可见ISS，可见时间段极短。

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