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STK学习材料.pdf
第一章 STK软件简介
第二章 STK的安装与配置
第三章 走进STK
第四章 创建第一个STK场景
第五章 空间仿真分析基础
第六章 STK三维模型
第七章 传感器的仿真应用
第八章 STK链路分析
第九章 STK覆盖分析
第十章 STK姿态控制
第11章 STK任务规划
第12章 卫星轨道机动分析
第13章 预警飞机飞行示例
第14章 弹道导弹飞行仿真
第15章 雷达应用与实例
第16章 STK在通信领域的应用
第17章 STK与地面战场仿真
第18章 STK的GIS扩展
第19章 STK外部接口设计
第20章 使用VC连接STK
第21章 使用MATLAB连接STK
第22章 使用其他编程语言连接STK
..
第一部分 STK 软件概述
第 1 王军 STK 软件简介
STK 软们的全称是 Satellite Tool Kit (卫星仿』罢工具包) .是由 卫问 AG I 公叫开发，
并在航天工业领先的商品化分析软件. STK 可以快速启便地分析复杂的民li ，梅、空、天
任卦，井提供易于理解的困友和文本形式的分析结果 .m f-确应段位解决方案 .ι支持
航天任务周期的全过程，包括概念、需求、设计、制造、测试、发射、运行和应用等.
1.1 STK 主要功能
STK 是一种先进的商用现货 (COTS) 分析和可视化 ι )l .ι 可以直接航足、防御
和情报任务. (利用 STK 可以快速方便地分析复杂的陆、梅、飞1 、反任务，放得k4 F理
解的阁 ~lil文本形式的分析结果以确定最佳解决 JjJi(.)
STK 提供分析引擎用于讨算数据、井可显示j;种形式的一维地剧，也"、卫星和其他
对象如'"载火箭、导弹、 飞机、地面丰辆、目标等. STK jf有气 !ft可视化模块，为 STK
fiJjt他附加棋块挺供领先的 三维显示环境。 STK 基本模块的核心能力Ià生成位位和姿态
数1\1:、可见性及遇控器覆盖分析. STK 专业版扩展了 STK O'J 基本分析能力 ， 包括附加
的轨迦预报算法、姿态定义、坐标类型和坐标系统、温!t$揣类型、高级的约束条件定义，
以及 JUil 、城市、地面站和恒星数据库.对 F特庭的分析任务. STK 提供了附加膜块，
可以解决通{:i分析、宙达分析、覆盖分析、轨边机i;)J 、稍确 li:轨、实时操作等问题.
STK 基本版的主要功能如下.
· 分析能力， /tJ 户通过使用 STK . 可以快速而准确地、"1'): j叭'的位览和姿态，评估
航天器与 À空、陆地、海洋和天空中的门标之间的相 jlï:X:孟. ".~军 R应性感嚣的
覆~区域.
· 计 rI轨边阜l弹道， STK 提供了多种分析和数ffi JiiL模型。体且 i;)J 、 J2 、 J4 、 SG阳、
导入足 IJí数据〉在各种坐标最类型和系统巾计算 lUi' 位 '，vl 数据.
• 11. JI1，数拟l马"
且正 l午生数据隙中有超过 [ 1 旺剧 个物体的(刑'l
STK 在网站"提供了一个山最新的 NORAD 2 jj数』剧组成的Jl.尽数
1 刊的、小 I.fl' ['足以且轨;n
....
2
碎 n) 轨道参数.
· 可见性分析 STK 可以讨停在场景中任何类型的斗辆、设施、 II 标和传感器对于
其他对草〈包掂行厅启lmlìl. )的访问时间.为 f 简化可视线，远地可悦区还可以
被-些儿何约*是 fh占如传感器悦场、地l面或占空间的政小仰角、启f位角和距离
TT 限制.
·传感端分析=传EB;峙的视场可以加入到地基和空挂的 STK 对象巾，这样在可视条
刊讨算中有了史高的真实度.
·姿态分析 STK 尘成标准的姿态 ftlJ IfiI以及外部姿态闷儿组文件，提供了分析姿态
g#J和对早 l司的 STK 计算出的参数影响的方法.
• nT视化结果 STK 允 i'f{E 事种 二维地阁弘示中察石i 所有'， II1rt日tHll 关的伯.(，.\.多种
斗、同类型的地回可以 I， ;J 111 显'f、.
· 提供详尽的数据报告， STK 的特性之 一就是提供一组标准的报告和图友来概述关
键信息.所有的报告部可以以工业标准格式导出到流行的'1.l1'表格工具中.
· 接口定制 STK 的 PC Jn户可以利川 STK 所采用的 M icrosoft Component Object
Model (COM) 米占便地与其他主忡 COM 操作的庇川程序集成，例如 Microsoft
Office o 另外 . STK 的JlJ t，界面还可以被用 户定义的 HTML 页曲应用所定制 .
· 多种操作系统平台可i阜， STK 有多种版本，可以运行在 Windows2侃泊、 WindowsNT、
WindowsXP、 UNUX 和太多数主要的包括 SOI 、 Sun 、 IBM ln HP 的 UNIX 平台.
STK 已经广泛地应 IIJ 于以下场合.
· 计划、设计和分析 u杂的航天系统.
. 实时空间操作任务.
· 王维场景的态势分析和决策支持.
日前有超过 450 家大型公司、政府机构、研究和教育组织正在使用 STK 软件，世界
范围内的用户超过 3 万人. STK 在很多商业 、政府 、军 'l!任#中发挥苟重要作用 ，且精
确的分析结果获得实际验证，逼真的场景仿真获得了众多专家认可，其应 m 领域也在不
断扩大，油盖了空间航天棉设计和操作、通信、导航、迹感、战略和战术防御、科学研
究等领域，成为业界愚有影响力的航天软件之一.
1.2 STK 具体模块介绍
STK 标准版为 STK 'ff件的核心，对于所有的政府机构、航天和军事防御专业人士
均为免费的.要扩展 STK 的分析能力， AOI 公司还提供了 STK 专业版以提 =三维挝示选
项，提供了多种模块以无成不同的任务. STK 的具体模块如者 1-1 所列 .
表 1 - 1
STK 模块列表
，.幢幢块
Satellite T，刷1I Kil (STK )
STK/Profcss阳1lI1 (STKlPRO )
fi m
"咀 LA辅事本阪
ι 业版
,
•
h
-
,
-
"础帽快
STKNisl,lali 1.atioJl Opti恻
3
〈攫〉
11'
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m_ ~/I;
问 f世 ffi I..!. '1;
执ilUll41
姿..分析
链路分听
通 1，)分析
幢近分析·
覆篝分析
F矗 UiLW
导弹 ttiUl.
轨il!确ít:
STKJPreçision 0由it Delcrrnina1ion Sy5tCm
( PODS)
精确轨il!确íi!系统
STKlRadar
STKlSchedul町
STKJSp:ace Environment
综合'段翻腾榄战
STKlHigh Rcsolution Maps
STK/VO Earth lmagcry
STKlRadar Advanc四 Environn耻nt ( RAE)
STK厅'"四"
STK Al'J扩晨、组成刷1111 口
STKJConnec1 and STK1Serv町
STKJWcb CUI
STKIM副lab lnleñace
•
STK/Distributed IntenlClive Simulation (DIS)
STKIGe鸣raphîc In ronnalion Syslem (GIS)
ST"""吨，ammer' 5 Ubnry ( 且}
·仅在 11 圆圆内销售
霄达分忻
调度mr-
空如l 码:檀'
高分"鸣惊地阳
4石分阴郁地球'也像
市 ui离组环撞·
全球三维地JIi
jf撞刷刷务嚣
网络实时揭放
Matlab 撞口
分布式交 Il~仿1'1
地理的息系健
1''''员开发It'
F
-
,
4
1.2.1 STK 基础模块
-
1. STKlPRO 专业版
AGI 的免费 STK 标准版提供 f 执行基本空间分析任务的能 JJ. STK 专业版
(STKlPRO ) 则提供了目前最强大航反分析软件包的扩展分析能力。 ST K/PRO 是 个成
熟的航天分析软 1'1' 0 利用额外的数据阵、轨边预报器、姿势调整、坐标类型和系统以及
传感器. STK/PRO 具有强大的功能井提供精确的的分析 (iEJJJTJ F解决日前政只挑战性的
航天问题.
关键特性 2
·额外的坐标类型、系统和 矢盘、角度
• nf视分析约束条件
· 姿态l1!模
. 扩展的传感器建校
· 同精度轨道顶报端 ( HPOP )
. 民期轨道预报 (LOP )
· 生命周期工具
· 区域目标
· 扩展的数据库
2.STKNO 视觉选项
STK/VO 是 个动态的三维悦觉环境，它显示米白 STK 的所有场);1:信息.该工具通
过显示遇桌的航天、航空、陆地景象，提供复杂宅间任好的模拟视图.
STKNO 己经成为 STK 王维环境的核心 ， 可以应用 F所有的航天分析和视觉任#
中。要扩展 STK/VO 的视觉性能. AGI 公司还提供了 STK/AVO 和 STKNO EI .
关键特性.
· 不同资源的环境认如l
. 灵活的 qJ态数据血示
. 姿态可视化
· 多重轨道构成可视化
. 空间场景建模
· 分布式、实时操作可视化和主持
. 可升级的三维模型
• qJ画演示和视频输出
. 高分辨率地球影像
3. STK/Advanced VQ 高级视觉选项
ST K/AVO 使得用户'得到先进的视觉效果和最优化输出 .
关键特性.
· 完整的 主维渲染
· 自分辨率输出囱像
· 用于专业品质 qJ 画和视频产品的视觉路径编辑器
•
-
5
E
'且
,
·地形可视化
• Az-EI 遮蔽产生工具
. 区域生成工具
·太阳能电池板功率
.传感器遮蔽
· 星际任务 "T视化
1.2.2 分析模块
AGI 公司采用货架方式将很多专业软件集成为 STK 的分析模块，使得JHf' 可以轻松
地将 STK 应用在多个领域。
1. STKJ Astrogator 轨近机动模块
STKJAstrogator 是一个航天吉普操作人员和任务分析小组使用的交互的轨i草机动和太
空任务计划工具，从使用定制的推力模型、目标星历、航天器姿态到解决和优化 }j案的
能力，该工具均提供了广泛的灵活性.该模块完全集成在 STK 中.
STKlAstrogator 给用户提供了对于轨道机动和站点覆盖的快速、方便的可视化分析.
任务控ili~序列可以在储在 STK 的场景中，在任务执行中可被编辑.在飞行 JUJ 间的变轨计
划制定和执行巾，分析人员可以使用飞行产生的数据诸如发动机校准参数和真实的初始
轨道产生推进器点火和定时数据，从而产生指令井改进变轨讨划。
计划制定和执行机动中，分析家可以运用 E行生成的数据诸如引噜标度参数和实际
上初始轨道来产生推进器启动以及针对命令生成的数据提炼出机动计划。与 STKlVO 和
许事行星模型起使用， STKlAsLrogator 能产生生动的、退真的 =三维空间太空任务图片，
这些J;:.空任务从近地 E星变轨远至显际航行，范因很广.
关键特性
. 任务控制序列
· 飞行分析和支援
. 组件技-*
·任务控制理论的高县实度模型
. 点空任务的多视角观世l
2. STK/Attitude 姿态分析模块
STKJAttitude 是集成 STK 解决方案中的一个动态姿态ll!模和仿真组件自提供了系
统五程工具，与 STK ú'J经过验证的尾历表生成功能结合，任务设计占得以评估真实的姿
态轮廓.用户可以利用 3D Attitude View (姿态观察)米查看在任何参考帧处卫星的预报
姿态.
关键特性
· 多个片断
. 三维分析
· 姿态仿桌
3. STKJChains 链路分析棋块
STKlChains 模块允许用户开发 11 标网络用于视觉相关分析.链路足指 组 STK 对
-
'且
.'
-
6
姐，诸如卫皂、设施、船民和 f-~ 感器匀，接 m\ - )Ë次 If ill v: iiJH:J或 J竹数据 1~输路径.
STK/Chains 模块还可以如Hl! m 庵对章，诸如 1J [已甩阵、地 IÍIÍ站网络、门扫、封l 刷 f!t感器细 .
STKlCha川s 的国 J!i化能力使得 JIJ 户可以以可视化形式尉 iJ~!;;~rI:lJ 中众'j;对挚的复杂关系。
关键特性
• 'j;级分析
·卫星星应分析
·地面网络的可见时间
.u 朵关系的可视化展示
.争面的数据报告
4. STKlComm 通 i;;分析峡块
STK/Comm 使仰川尸可以定义和l分析详细的i且伯系统 o STKlComm 将产生详细的链
接拙告和 100炭，使用 - 维和 二二维地回显示i;JJ 态的系统性能，考虑了详细的附t.tJ模型、大
气损辑和) RF 干扰源 .
用户可以使用 STK 的内建组件快速建îL向真实度系统模型 . 接收机和发射机模型可
以附在Jt他的 STK 对象巾，诸如卫星、飞机、自由只、设施和行星等 . STKlComm 包括
讷享天线类型，也指抛物线型、螺旋型、 ITU 和辜被点等.使用 STK 卫~轨边机动IJL
M 引擎与定义的接收机和发射机属性结合，就可以元成链路分析.
关键特性
• F;lJ态链接性能分析和I l.I!棋
• RF 环境述模
· 常高线
. 1:'波束天线l.I!模
. 干扰分析
· 定制输入
5, STKlConjunclion Analysis Tools (CAT)接近分析模块
STKlCAT 提供了分居接近方法来识别空间 I
I 标接近的悄况 .为了分析空间碰撞，当
其他的点空物体距离所分析航天梅太近的时候. STKlCAT 使用了球形成占椭圆型危附程
度来指示这种威胁.
商业和军事的行动常常涉及地基的对卫星、导弹、运载器的激光照明.这哇照明被
用来提供精确的距离倍，且或传输数据到其他卫足或地I面设施.然而，这种照明也能对其
他卫星构成严重的威胁.如果不注意，敏嘘的卫星传感黯能被损坏甚至被破坏 . STKlCAT
被设计用于评定在给定的激光照明时间段内对 11gJ<
-
,
-
7
6. STKJCoverage 覆盖分析模块
STK1Coverage 提供完整的随时间变化的卫忌、地面设施、运载器、导弹、航空器和
船只的程益分析的能力 . 这个灵活的工具允许用户定义感兴趣的区域、覆盖资源(卫星，
地面站等等)、时间段，以及测量覆盖质量的方法 ( Figures of Merit 品质因素 λ 用户能
够创建定制的报告和圈表，用于反映动态或静态的覆盖质量 .
STKlCoverage 允许用户分析很多主要问题，诸如星座中 -个 E星实效将如何影响整
体覆族情况，哪些区域由于当地地形阻隔了卫星通信，覆盖缺口在哪里和何时，以及确
定多个 E星同时进行数据采集的时机 .
关键特性
·用户定义的覆盖区域
. 数据可用性
· 品质因素 ( FOM ) ，测量模最质量
· 满意度计算，通过应用满意选项验证数据，该选项建立了用于每一个 FOM 的合
适级别
7. STKlI nterceptor F1 ight Tool ( 1FT ) 拦截飞行工具
STK/IFf 生成拦截弹道导弹、 飞机和卫星 H 标的拦截器的飞行弹道 . 通过与
STKlConnect ( 一个标准的 TCPIIP 接口井与 PC 平台兼容)无缝集成. STK/[Ff 模拟了
一系列的拦哉吉普系统类型 ， 从低沟拔到商海拔的战略拦截器 .
t-I 标交汇
关键特性
· 精确的拦截器 E行仿真
· 拦献精发射事!防御系统定位的血适宜的布置
· 拦极 rt.] 导
•
· 复杂拦截器系统能力表述
8. STK/Missle Flighl Tool ( M Ff )导弹 E行工具
STK/MFf 包吉丁 一套提供完整的导弹类型制性能的导弹数据库 . STK/MFf 提供了生
成易于分析和可视化的事级导弹弹道的能力 . STK/M阿 由容易使用的阻 7[>化用户界面和
同 STK 维囱窗口交互的对象浏览器窗口组成，该窗口允许快i革和方便地~择发射和冲
由点以且导弹类型选择.这个软件包使用了经验证的弹道生成器 ， 提供了现实的威胁弹
道 . STK/M Ff 还包括了用于 STKJVO 或 STKlAdvanced vo 的一套所有支持的导弹系统
的三维模型.使用 S TK ú'J三维功能，可以很容易地察看导弹的飞行线路 . 使用J STK/AVO.
还可以仿真和记址导弹分级飞行、姿态变化甚至投放弹头 .
关键特i't，
· 精确的导弹飞行仿真
· 导弹防御宙达的局优化配置2
. 空间监测系统 l监测能力分析
. 复杂的导弹系统性 能陈述
9. STK/。由此 Determination ( 00 ) 轨道确定模块
STK/OD 设讨用于为卫星跟踪系统提供轨道确定和轨迥分析直摄 . STK/OD ú'J输出
F
'凰
.'
-
8
可以在 STK 的l'他模块(诸如 STKlPRO 、 STKJConnect 和 STKNO) 中进行分析和可视
化处理 . 结合在一起，这些模块可提供了跟踪系统设计的完整的解决 }j案.
关键特性·
·最优化滤波器
·商稍度的数值帜分器
.轨道参数估算
·实际的协占 x!矩阵
.固定间隔的平滑器
·变轨处理
·初轨确定
·跟踪数据仿真棉
10. STK/Precision Orbit Detennination System ( PODS) 精确轨道确定系统模块
STKIPODS 集成模块设 i1 用于处理航天器跟踪数据和确定航 x桦的轨迦以及相关
参数. STKIPODS 可以处理多站的不同跟踪敖掘，包括地面站天线跟踪数据(例如角度、
距离、距离遮度)， TDRSS 卫星数据(例如星一星/星一地面站巾继数据〉和 GPS 接收机
获取的全球定位革统 GPS 位置数据等.另外. STKIPODS 现在包括了一个仿真观察工具，
可以生成地面站和E星的仿桌跟踪数据.在设 it 跟踪数据系统或对于即将来临的任务做
起 E前分析时，这个工具尤其有用.
STKIPODS 与 STK 无缝集成.该模块使用了精确的估 il 算法根据地面或占天基传感
端的观测数据来确定航天糯的轨道. STKIPODS 使用了优化的 Bayesian 加权撮 ，]、二弟估
算法来确定航天锦的轨道和其他参数.
关键特性 g
· 精确的数值识分
. 轨道参数估计
· 商其实度模型
. 跟踪数据仿真
. 地球寻|力场文件
11 . STKlRadar 霄达分析模块
STKlRadar 提供对宙达系统的全面分析和图形化显后.该模块加入了一个新的对象
类一一霄达类，该类可以附属于 STK 的任何运载工具类下
卫豆、导弹、火箭、飞机、
船只以及地面军辆一-同样可以用于地面设施/目标和和传感器类 F. 该模块允许用户对
霄达目标的重要特征 RCS 建模，计算和显示过境情况以及生成窗jj，系统性能的报告和图
表.
STKlRadar 可以仿真单模或者双模雷达系统，主持 SAR (合间孔役霄达〉和I!!i.搜索
/跟踪模式操作.用户可以灵活地选择不同的天线类型或利用" Extemal "选项将自己的
天线模式导入到 STK 中.
STKlRadar 与 STKlPRO 、 STKNO 一起提供了 一个独特的系统，可以大大减少详细
霄达分析的时("] .可以使用 STK 的 Vector Geometry Tool (矢盘JLM学工具〉创建任何
笛达参考铀，在 STKNO 中显示相对矢量和轴，在多个月])、定义的在考构架中报告目标
h
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