STK/Scheduler在卫星数传调度中的应用研究

卫星数传调度问题是一类复杂的组合优化问题,即如何为卫星数传任务分配地面资源的问题,它是当前航天领域需要重点研究的问题之一.STK/Scheduler模块是STK工具包中的调度模块,对外提供了二次开发功能.针对卫星数传调度问题,研究了STK/Scheduler模块在该问题中的应用.首先在分析问题的基础上建立了卫星数传任务模型和调度模型,然后对基于STK/Scheduler的卫星数传调度系统进行了设计.最后利用AFIT基准数据进行了验证,结果表明在卫星数传任务规模不太大的情况下,TK/Scheduler为卫星数传调度问题的求解提供了一条捷径.     

面向观测任务的小卫星轨道仿真优化设计

研究对地观测小卫星轨道设计问题,是以区域覆盖性能为优化目标,对小卫星进行轨道设计。传统轨道设计方法要建立复杂的轨道动力学模型,优化过程计算量大、效率低,优化结果对不确定因素考虑不足。针对以上问题,结合遗传算法(GA)与灵敏度分析对面向区域观测任务的小卫星轨道进行优化设计。通过连接STK与VC实现覆盖性能计算,利用遗传算法实现小卫星轨道优化,采用灵敏度分析方法研究优化后的轨道参数变化对覆盖性能的影响程度。仿真结果表明优化后的小卫星轨道满足设计要求,能够达到覆盖性能最优。仿真结论,改进方法简单有效,优化效率高,可为实际工程中的小卫星轨道设计提供借鉴。     

基于HLA的卫星光学测量仿真研究

首先介绍了卫星工具包软件STK的特点，详细描述了基于高层体系结构HLA这一仿真协议下的卫星光学测量仿真系统的设计和开发的过程，结合系统的开发要求分析了对卫星过境时光学测量的约束条件，具体描述了卫星光学测量仿真系统的功能及其设计过程，并进行了对象类和交互类设计开发，对于仿真中涉及的成员同步问题进行了分析，最后结合对卫星工具包软件STK的接口成员开发具体介绍了通过应用国防科大自主开发的KD—RTI系列联邦成员开发工具来实现联邦成员的过程。     

MATLAB/STK联合仿真方法研究及GUI设计

详细介绍了MATAB(矩阵实验室)与STK(卫星工具箱)软件互联的方法;STK提供了相应的二次开发接口,可供MATLAB等软件进行二次开发;利用MATLAB和STK软件组合搭建仿真环境,以某Walker星座的设计与优化算法为例,具体介绍了联合仿真步骤流程及GUI界面的设计方法,并综合考虑了卫星轨道、传感器以及卫星编队等相关参数对星座最优设计的影响;结果表明,利用MATLAB和STK组合仿真能够以图像及数据列表的形式方便直观的给出最优结果,通过联合仿真,较大程度上减小了MATLAB的编程工作量,同时通过GUI界面的设计,以可视化的形式对主体程序进行集成,只需输入参数,便可快速进行相应的轨道仿真与数据输出,避免了在进行卫星星座设计时需反复对STK参数进行调整的工作;在对卫星星座设计与运行轨道的问题分析中,MATLAB/STK联合仿真相较于使用单一软件进行问题分析而言,要更加便利、形象直观。     

STK在空间作战系统仿真中的应用

卫星工具包(STK)是广泛应用于航天工程全过程的先进卫星系统分析软件.文中首先提出空间作战系统的概念,在建立空间作战系统模型的基础上,利用STK软件的通信连接功能和三维演示功能,对作战系统的轨道设计、任务规划、作战控制等方面的仿真演示进行了设计和实现.在仿真过程中采用了基于多个端El的分布式仿真,通过仿真结果,验证了空间作战系统任务规划后拦截方案的可行性,并为以后武器系统的相关仿真实验提供了更多的借鉴与参考.     

遥感卫星过境仿真系统研究

研究卫星优化遥感技术性能问题,要求遥感卫星重访能力提高,能为用户提供实现对感兴趣区域的多星、多传感器、多成像模式的联合成像系统,能满足灾害快速响应,达到快速处理.采用STK connect技术,建立多卫星成像遥感仿真系统,通过二次开发,对遥感卫星过境仿真系统进行仿真,证明系统应用于地震等突发性自然灾害区域的卫星成像任务...     

成像卫星任务规划可视化仿真系统实现技术

对成像卫星任务规划的方案进行可视化仿真分析,是确保成像卫星任务规划的可靠性和高效益的有效途径。本文在分析成像卫星任务规划的可视化仿真特性、建模特性、数据处理技术等的基础上,设计了一种适合于成像卫星任务规划的可视化仿真系统。该系统基于GIS设计了任务规划二维规划视图,在STK基础上构建了任务规划三维视景仿真分析环境。同时,建立了资源库,对仿真的场景、模型资源进行有效管理。该系统已成功应用于某卫星任务规划系统,提高了成像卫星任务规划的效率。     

基于STK的侦察卫星预警系统设计与仿真

侦察卫星可以全方位全天候的对全球进行侦察,对侦察卫星的预警是有必要的.文中首先基于Access数据库建立了侦察卫星数据库,主要针对光学成像卫星、雷达成像卫星以及电子侦察卫星三类;通过STK(卫星工具包)的STK/Connect模块实现了侦察卫星数据库与STK的连接,基于STK平台实时的显示了侦察卫星的在轨运行以及对地覆盖情况.文中通过VC来生成系统界面,首先通过界面来操作数据库信息,然后把卫星载入到STK平台,通过界面设定仿真时间,设定特定区域,仿真设定的时间段内卫星的运行及对区域的访问情形,通过STK的报告生成功能可生成卫星在此时间段内对区域的访问报告,根据报告可对访问该区域的侦察卫星进行预警.     

卫星组网可视化仿真系统设计与实现

卫星组网是满足未来空间通信需求的有效方式,为实现空间卫星组网的可视化,设计了一种卫星组网可视化仿真系统;系统由星座设计分系统、星座覆盖性能分析分系统、数据处理分系统和可视化分系统组成;在组网过程中,首先在星座设计分系统中设置星座的参数,根据轨道参数模型计算出星座中每颗卫星的轨道参数,并将计算结果输出给星座覆盖性能分析分系统,完成对纬度、区域和全球覆盖效果的分析、评估和显示;仿真结果表明:系统能够对卫星组网进行实时计算和显示,计算精度比STK仿真软件提高12%,系统运行稳定,界面良好。     

多观测卫星任务调度系统的设计与实现

随着卫星应用技术的飞速发展,对地观测卫星在减灾防灾、环境保护和军事等领域的应用也更加广泛.该文在卫星仿真工具包(STK)的基础上设计并实现了多观测卫星任务调度系统,描述了系统的结构和功能,重点介绍了任务描述、调度引擎等重要模块的设计方法和实现过程,并用甘特图等方式实现了系统的结果展现,取得了良好的效果,最后对系统的特点和发展方向做出了总结和展望.     

Multidisciplinary modeling and surrogate assisted optimization for satellite constellation systems

Satellite constellation system design is a challenging and complicated multidisciplinary design optimization (MDO) problem involving a number of computation-intensive multidisciplinary analysis models. In this paper, the MDO problem of a constellation system consisting of small observation satellites is investigated to simultaneously achieve the preliminary design of constellation configuration and the satellite subsystems. The constellation is established based on Walker-δ configuration considering the coverage performance. Coupled with the constellation configuration, several disciplines including payload, power, thermal control, and structure are taken into account for satellite subsystems design subject to various constraints (i.e., ground resolution, power usage, natural frequencies, etc.). Considering the mixed-integer and time-consuming behavior of satellite constellation system MDO problem, a novel sequential radial basis function (RBF) method using the support vector machine (SVM) for discrete-continuous mixed variables notated as SRBF-SVM-DC is proposed. In this method, a discrete-continuous variable sampling method is utilized to handle the discrete variables, i.e., the number of orbit planes and number of satellites, in the satellite constellation system MDO problem. RBF surrogates are constructed and gradually refined to represent the time-consuming simulations during optimization, which can efficiently lead the search to the optimum. Finally, the proposed SRBF-SVM-DC utilized to solve the satellite constellation system MDO problem is compared with a conventional integer coding based genetic algorithm (ICGA). The results show that SRBF-SVM-DC significantly decreases the system mass by about 28.63% subject to all the constraints, which greatly reduces the cost of the satellite constellation system. Moreover, the computational budget of SRBF-SVM-DC is saved by over 85% compared with ICGA, which demonstrates the effectiveness and practicality of the proposed surrogate assisted optimization approach for satellite constellation system design.     

Robust optimization using a gradient index: MEMS applications

This paper discusses a simple and effective robust optimization formulation and illustrates its application to MicroElectroMechanical Systems (MEMS) devices. The proposed formulation improves robustness of the objective function by minimizing a gradient index (GI), defined as a function of gradients of performance functions with respect to uncertain variables. The level of constraint feasibility is also enhanced by adding a term determined by a constraint value and the gradient index. In the robust optimal design procedure, a deterministic optimization for performance improvement is followed by a sensitivity analysis with respect to uncertainties such as MEMS fabrication errors and changes of material properties. During the process of the deterministic optimization and sensitivity analysis, dominant performances and critical uncertain variables are identified to define the GI. Our approach for robust design requires no statistical information on the uncertainties and yet achieves robustness effectively. Two MEMS application examples including a micro accelerometer and a resonant-type micro probe are presented.     

卫星编队飞行仿真中STK-RTI中间件的研究

卫星在编队飞行任务分析与可视化动态场景仿真,能使多颗卫星保持相对协同工作,但与外界交互集成能力较差。为了能够成为HLA(高层体系结构)的联邦成员,设计并实现了连接STK与RTI的中间件。通过相关分析设计了STK-RTI中间件的功能结构,采用服务转换机制建立了STK/Connect模块功能函数和RTI标准服务之间的映射关系,实现了STK和其它联邦成员之间的交互,并在编队飞行仿真中对中间件的可行性进行了验证,拓展了STK的使用范围。     

动力总成悬置系统设计与分析软件的开发

应用多体动力学理论,建立了动力总成悬置系统的力学模型。以动力总成悬置系统六自由度能量解耦为优化目标,以刚度比和固有频率合理配置为约束条件,以悬置刚度、位置和角度为设计变量,构造了动力总成悬置系统的优化模型。在Windows平台上利用Matlab开发了动力总成悬置系统设计软件。该软件主要实现了汽车动力总成悬置系统的性能分析、力学分析、优化设计和生成设计分析报告。采用该软件对某载重汽车的动力总成悬置系统进行优化设计及性能分析。优化结果表明,解耦率明显提高,固有频率分布更合理。     

基于IBEA的低轨区域覆盖星座优化设计

将一款收敛性能优越的多目标优化算法IBEA应用到低轨区域覆盖星座优化设计中,并利用STK对优化出的星座方案进行了仿真验证。结果表明IBEA对于求解低轨区域覆盖星座的优化设计问题是有效的,它可以优化出覆盖性能良好的星座方案。     

Multidisciplinary design modeling and optimizationfor satellite with maneuver capability

According to the mission of a satellite with maneuver capability, the collaborative optimization (CO) method was introduced for the satellite system design, and the related multidisciplinary design optimization (MDO) model was established. The possessing and needed velocity increments Δv and Δv _{n e e d} were taken as the measurement of maneuvering capability of the studied satellite, which were then combined with total mass of the satellite to form the optimization objective in the systematic level of the MDO problem. The design variables and constraints of the MDO problem dealt with disciplines or subsystems as guidance, navigation and control (GNC), power, and structure, and corresponding engineering analysis models were also built. A program system to solve the MDO problem wasdeveloped by integrating a non-nested CO method, the commercial and user-supplied codes on framework software iSIGHT. The result showed that the satellite performance could be obviously improved, which also indicates MDO technique is feasible and effective for the spacecraft design problem. The modeling and optimization procedure of the work can be referred for further research and engineering design.