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申请/专利权人：北京理工大学;北京航天自动控制研究所

摘要：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STKConnect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。

主权项：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；给出坐标系之间的转换矩阵，具体为：各坐标系之间的转换矩阵如下：惯性坐标系i系到地球坐标系e系之间的转换矩阵可根据MATLAB函数dcmeci2ecef求得；地球坐标系e系到北东地地理坐标系g系之间的转换矩阵 其中，lon、lat、alt分别为运载体所在位置的经度、纬度、高度；北东地地理坐标系g系到载体坐标系b系之间的转换矩阵其中，Yaw、Pitch、Roll分别为运载体相对于北东地地理坐标系的偏航角、俯仰角、横滚角姿态；载体坐标系b系到相机坐标系c系之间的转换矩阵 其中，γ、θ和为运载体相机相对于运载体载体坐标系姿态的三个欧拉角，γ为沿x轴旋转角度，θ为沿y轴旋转角度，为沿z轴旋转角度；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rsc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rsc；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rsc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rsc和单位速度方向矢量得到地球坐标系下位置矢量rse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398600.44×109m3s2，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，ωie为地球的自转角速度，R+h为目标卫星距地心的距离，ωie×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。

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百度查询： 北京理工大学 北京航天自动控制研究所 基于STK和MATLAB联合仿真的卫星轨道生成方法和生成器