编队卫星相对状态测量仿真系统设计与实现

　　引　言

　　随着技术的进步,卫星的体积和重量日益减少,人们开始探讨用多个卫星组成编队共同完成一颗普通卫星无法实现的功能。在编队中各颗卫星通过星间链路实现信息共享,并通过一定的策略,在整个卫星群内进行相对导航和控制,实现整体的协同控制,相互协作完成任务。对于编队飞行卫星的控制已经成为当前国际上研究的热点问题之一。

　　编队卫星的协同控制需要精确地确定卫星间的相对状态。同时,对编队卫星相对状态测量进行仿真是对多颗卫星组成的编队进行评估、分析的重要内容,也是对未知对象进行分析与设计的重要环节。为了更好地研究编队飞行卫星星间相对状态测量的有关问题,必须建立一个逼真的仿真环境。对此,美、欧做了大量工作,最具代表性的是美国空军研究实验室建立的分布式卫星的仿真环境。国内的国防科技大学、哈尔滨工业大学、清华大学等单位也做了大量的研究。[1]

　　设计和开发一套编队卫星星间相对状态测量仿真系统往往需要在实体模型构建方面、图像逼真效果方面、可视化观察控制方面、真实的环境数据获取方面耗费大量的人力、物力、财力,并需要经历一个程序设计、代码编写与调试、程序测试和验证的繁杂过程,而对于一般院校的研究人员来说,既没有太多的人力、物力和经费支持,也没有太多的精力。因此,如何能在较少投入的条件下设计并开发一套逼真的编队卫星星间相对状态测量仿真系统,就显得更为重要。

　　针对上述问题,本文给出了一个编队卫星相对状态测量仿真系统的设计思路,并利用C#和STK/X进行仿真实现。

　　1　软件STK的ActiveX控件介绍

　　卫星工具软件STK(SatelliteToolKit)是AGI(美国分析图形有限公司)推出的应用于航空航天等领域的分析工具,可以快速方便地分析复杂的陆地、海洋、航空及航天任务,为用户提供逼真的二维、三维可视化动态场景以及精确的图表、报告等多种分析结果,辅助确定最佳解决方案,在航天飞行实验任务的系统分析、测试发射以及在轨运行等各个环节中得到了广泛应用,为卫星的各种性能仿真提供了极大的便利。[2~4]从6·0版本开始, STK为用户提供了ActiveX控件,主要有2D和3D两个控件,这不但扩充了STK的功能,而且也便于嵌入第三方软件中,从而使开发人员可以通过VB、JAVA、VC、C#、J#、ASP·net等灵活地开发仿真软件,更好地完成相关的仿真分析任务。

　　2D控件(AGIMap Control)可将STK的2D画面嵌入第三方软件界面进行显示,主要包含的类有5个:CAgUiAx2DCntrl、CAgExecCmdResult、CAgSTKXApplication、CAgPickInfData、CPicture。3D控件(AGIGlobe Control)可将STK的3D画面嵌入第三方软件界面进行显示,主要包含的类有9个: CAgUiAxVOCntrl、CAgExecCmdResult、CAgSTKXApplication、CAgPickInfData、CAgRubberBandPickInfoDa-ta、CAgObjPathCollection、CAgDrawElemCollection、CAgDrawElem、CPicture。STK/X中常用命令如表1所示。