STK基礎(chǔ)教程

Byappel943

西安交通大學(xué)

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目錄

1STK軟件簡(jiǎn)介1

1.1STK軟件簡(jiǎn)介1

1.2STK軟件發(fā)展歷程2

1.3安裝STK軟件2

1.4STK軟件的功能模塊2

1.4.1先進(jìn)的分析模塊(AMM)2

1.4.2Connect模塊2

1.4.3高精度軌道生成函數(shù)(HPOP)3

1.4.4長(zhǎng)周期軌道預(yù)測(cè)器(LOP)3

1.4.5生命周期3

1.4.6地形3

1.4.7高分辨率地圖3

1.5章節(jié)安排錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

2創(chuàng)建第一個(gè)STK場(chǎng)景5

2.1引言5

2.2創(chuàng)建場(chǎng)景5

2.3創(chuàng)建對(duì)象5

2.3.1創(chuàng)建地面站6

2.3.2創(chuàng)建城市6

2.3.3創(chuàng)建衛(wèi)星6

2.3.4創(chuàng)建傳感器7

2.4計(jì)算訪問(wèn)窗口8

2.5約束條件下訪問(wèn)窗口的計(jì)算8

2.5.1升交角(ElevationAngle)約束8

2.5.2時(shí)間約束8

2.6報(bào)告和圖表9

2.6.1緯度、經(jīng)度和高度(LLAPosition)9

2.6.2光照時(shí)間(LightingTimes)9

2.73D動(dòng)畫演示9

2.7.1設(shè)置地球3D屬性10

2.7.2設(shè)置傳感器顯示屬性10

11

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3利用CommConstraints設(shè)計(jì)通信鏈路12

3.1引言12

3.2設(shè)置鏈路12

3.3設(shè)置COMMCONSTRAINTS16

3.3.1接收各向同性功率約束17

3.3.2多普勒頻移約束18

3.3.3通量密度約束18

3.3.4載波噪聲比約束18

3.3.5數(shù)字通信系統(tǒng)約束19

3.3.6折射高度和距離約束19

3.3.7系統(tǒng)噪聲溫度約束22

3.4經(jīng)常用到的C/NConstraints23

4使用Comm模塊對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)器建模24

4.1概述24

4.2環(huán)境設(shè)置24

4.3定義Comm參數(shù)26

4.4模擬轉(zhuǎn)發(fā)器28

4.5數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器29

4.6比較鏈路性能30

5利用STK分析雷達(dá)干擾31

5.1概述31

5.2場(chǎng)景設(shè)置31

5.2.1添加一個(gè)地面設(shè)施和帶有干擾雷達(dá)的飛機(jī)31

5.2.2在地面設(shè)施中添加雷達(dá)32

5.3雷達(dá)干擾報(bào)告34

5.4設(shè)置約束條件34

6使用地形和地貌數(shù)據(jù)36

6.1概述36

6.2將地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入到場(chǎng)景中36

6.3使用圖像轉(zhuǎn)換器(ImageConverter)37

6.3.1創(chuàng)建3D圖像紋理37

6.3.2在2D窗口中顯示圖像紋理40

6.4使用地形轉(zhuǎn)換器(TerrainConverter)41

6.4.1在3D圖形窗口中顯示41

6.4.2在2D圖形窗口中顯示42

6.5結(jié)論42

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7使用天線對(duì)象43

7.1概述43

7.2嵌入式天線vs.鏈接式天線43

7.3創(chuàng)建場(chǎng)景43

7.4添加地面設(shè)施和衛(wèi)星43

7.5在地面設(shè)施中添加天線和接收機(jī)44

7.6在衛(wèi)星上添加天線45

7.7創(chuàng)建報(bào)告45

8使用多路徑對(duì)象47

9使用飛機(jī)任務(wù)模塊52

9.1概述52

9.2在3D圖形窗口中定義任務(wù)52

9.2.1環(huán)境設(shè)置53

9.2.2選擇飛機(jī)模型54

9.2.3添加過(guò)程55

9.3在屬性里定義任務(wù)57

9.3.1環(huán)境設(shè)置57

9.3.2選擇飛機(jī)對(duì)象57

9.3.3過(guò)程定義57

9.4使用目錄60

9.5地形跟蹤63

9.6使用階段性能模塊66

9.6.1環(huán)境設(shè)置66

9.6.2選擇飛機(jī)模型66

9.6.3定義性能模塊66

9.6.4增加階段和過(guò)程67

10在STK里使用矢量工具71

10.1引言71

10.2矢量圖形71

10.3顯示矢量72

10.4平面74

10.5創(chuàng)建新的矢量75

10.6姿態(tài)球79

10.7創(chuàng)建和顯示角度81

10.8始終顯示矢量84

11使用STKX86

IV

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11.1STKX與C++86

11.1.1創(chuàng)建工程86

11.1.2將STKX添加到工具欄中87

11.1.3向STKX發(fā)送指令88

11.1.4為Map控件添加縮放功能91

11.1.5響應(yīng)STKX事件92

11.1.6添加地圖選擇事件94

11.1.7設(shè)置STKX屬性96

11.2STKX與C#98

11.2.1創(chuàng)建工程98

11.2.2將STKX控件添加到工具欄中98

11.2.3向STKX發(fā)送指令99

11.2.4為Map控件添加縮放功能101

11.2.5響應(yīng)STKX事件102

11.2.6添加地圖選擇事件104

11.2.7設(shè)置STKX屬性105

11.3STKX與Html107

11.3.1向STKX傳遞指令107

11.3.2為Map控件添加縮放功能109

11.3.3響應(yīng)STKX事件109

11.3.4添加地圖選擇事件110

11.3.5設(shè)置STKX屬性111

11.4STKX與Java113

11.4.1利用J-Integra創(chuàng)建JavaCOM代碼113

11.4.2編譯JIntegra輸出java代碼114

11.4.3創(chuàng)建應(yīng)用115

11.4.4在窗口中添加STKX控件116

11.4.5向STKX發(fā)送命令117

11.4.6為Map控件添加縮放功能118

11.4.7響應(yīng)STKX事件119

11.4.8添加地圖選擇事件121

11.4.9設(shè)置STKX屬性122

11.5STKX與Matlab122

11.5.1創(chuàng)建工程123

11.5.2在表單中添加STKX控件123

11.5.3向STKX發(fā)送指令126

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11.5.4為M叩控件添加縮放功能129

11.5.5響應(yīng)STKX事件131

11.5.6添加地圖選擇事件133

11.5.7設(shè)置STKX屬性135

11.5.8添加Connect命令接口139

11.6STKX與MFC139

11.6.1創(chuàng)建工程139

11.6.2將STKX控件添加到工具欄中140

11.6.3向STKX發(fā)送指令142

11.6.4為Map控件添加縮放功能145

11.6.5響應(yīng)STKX事件146

11.6.6添加Map選擇事件148

11.6.7設(shè)置STKX屬性150

11.7STKX與VisualC++6.0152

11.7.1創(chuàng)建工程152

11.7.2在對(duì)話框中添加STKX控件155

11.7.3向STKX發(fā)送指令156

11.7.4為Map控件添加縮放功能161

11.7.5響應(yīng)STKX事件162

11.7.6添加地圖選擇事件166

11.7.7設(shè)置STKX屬性168

12AzEI方位角/仰角遮罩工具的使用171

12.1設(shè)置環(huán)境171

12.2制作BMSK文件173

12.3利用BMSK限制訪問(wèn)174

12.4在3D圖形窗口中觀察對(duì)象174

13導(dǎo)彈建模工具箱的使用177

13.1導(dǎo)彈建模工具箱介紹177

13.2導(dǎo)彈防御系統(tǒng)功能介紹181

13.3利用MFT規(guī)劃導(dǎo)彈試驗(yàn)183

13.3.1載入場(chǎng)景183

13.3.2打開(kāi)STK/Analyzer184

13.3.3影響雷達(dá)跟蹤時(shí)間的因素185

13.3.4最優(yōu)試驗(yàn)安排192

13.4利用IFT評(píng)估末段殺傷概率195

13.4.1載入場(chǎng)景196

VI

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13.4.2打開(kāi)STK/Analyzer197

13.4.3作戰(zhàn)管理系統(tǒng)時(shí)間延遲影響198

13.4.4蒙特卡羅仿真204

13.5利用MFT&IFT分析受保護(hù)區(qū)域209

13.5.1載入場(chǎng)景210

13.5.2設(shè)置目標(biāo)位置網(wǎng)格211

13.5.3打開(kāi)STK/Analyzer212

13.5.4設(shè)置攔截事件213

13.5.5使用Analyzer宏220

13.5.6其它注意事項(xiàng)224

14Analyzer使用方法226

14.1衛(wèi)星覆蓋能力分析226

14.1.1載入場(chǎng)景227

14.1.2打開(kāi)STK/Analyzer227

14.1.3計(jì)算衛(wèi)星的覆蓋能力228

14.1.4軌道傾角對(duì)覆蓋能力的影響230

14.1.5RAAN對(duì)覆蓋能力的影響234

14.1.6高度對(duì)覆蓋能力的影響236

14.1.7軌道傾角和高度相互間的影響239

14.1.8傳感器對(duì)覆蓋能力的影響240

14.1.9最優(yōu)化傳感器參數(shù)245

14.2衛(wèi)星發(fā)射機(jī)參數(shù)對(duì)覆蓋能力的影響247

14.2.1載入場(chǎng)景248

14.2.2打開(kāi)STK/Analyzer249

14.2.3計(jì)算覆蓋統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)250

14.2.4功率對(duì)覆蓋的影響251

14.2.5頻率對(duì)覆蓋的影響254

14.2.6數(shù)據(jù)傳輸速率對(duì)覆蓋的影響256

14.2.7功率及頻率是否相互影響？257

14.2.8最優(yōu)發(fā)射機(jī)參數(shù)259

15Astrogator使用方法262

15.1最優(yōu)真近點(diǎn)角262

15.2發(fā)射錯(cuò)誤266

15.3飛向月球271

附錄1Matlab與STK互連277

附錄2STK圖像轉(zhuǎn)換器工作流程282

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附錄3STK地形轉(zhuǎn)換器工作流程283

附錄4視線的計(jì)算284

附錄5常用的STK指令287

附錄5NORAD雙行軌道根數(shù)289

VIII

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1STK軟件簡(jiǎn)介

1.1STK軟件簡(jiǎn)介

衛(wèi)星工具軟件STK(SatelliteToolKit,STK)是航天領(lǐng)域中先進(jìn)的系統(tǒng)分析軟件,

由美國(guó)分析圖形有限公司(AnalyticalGraphicsInc,AGI)研制，用于分析復(fù)雜的陸地、

海洋、航空及航天任務(wù)。它可提供逼真的2維、3維可視化動(dòng)態(tài)場(chǎng)景以及精確的圖

表、報(bào)告等多種分析結(jié)果。支持衛(wèi)星壽命的全過(guò)程，在航天飛行任務(wù)的系統(tǒng)分析、

設(shè)計(jì)制造，測(cè)試發(fā)射以及在軌運(yùn)行等各個(gè)環(huán)節(jié)中都有廣泛的應(yīng)用，對(duì)于軍事遙感衛(wèi)

星的戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、覆蓋分析、打擊效果評(píng)估等方面同樣具有極大的應(yīng)用潛力。

STK起初多用于衛(wèi)星軌道分析，最初應(yīng)用集中在航天、情報(bào)、雷達(dá)、電子對(duì)抗、

導(dǎo)彈防御等方面。但隨著軟件不斷升級(jí)，其應(yīng)用也得到進(jìn)一步的深入，STK現(xiàn)已逐

漸擴(kuò)展成為分析和執(zhí)行陸、海、控、天、電(磁)任務(wù)的專業(yè)仿真平臺(tái)。目前，世界

上有超過(guò)450家大型公司、政府機(jī)構(gòu)、研究和教育組織正在使用STK軟件，專業(yè)用

戶超過(guò)3萬(wàn)人。STK正在許多商業(yè)、政府和軍事任務(wù)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，成

為業(yè)界最有影響力的航天軟件之一。

STK基本模塊的核心能力是生成位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)、可見(jiàn)性及覆蓋分析，其它基

本分析能力包括附加的軌道預(yù)報(bào)算法、姿態(tài)定義、坐標(biāo)類型和坐標(biāo)系統(tǒng)、遙感器類

型、高級(jí)的約束條件義，以及衛(wèi)星、城市、地面站和恒星數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于特定的分析

任務(wù)，STK還提供了附加模塊，可以解決通信分析、雷達(dá)分析、覆蓋分析、軌道機(jī)

動(dòng)、精確定軌、實(shí)時(shí)操作等問(wèn)題。

STK具有以下的特點(diǎn)：

(1)強(qiáng)大的分析能力

以復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法迅速準(zhǔn)確地計(jì)算出衛(wèi)星任意時(shí)刻的位置，姿態(tài)，評(píng)估陸地、

海洋、空中和空間對(duì)象間的復(fù)雜關(guān)系，以及衛(wèi)星或地面站遙感器的覆蓋區(qū)域。

(2)生成軌道/彈道星歷表

STK包含復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法(二體，J2,J4,MSGP4,星歷表)，可以快速而準(zhǔn)確

地確定衛(wèi)星在任意時(shí)刻的位置。對(duì)于新手，STK提供衛(wèi)星軌道生成向?qū)?，指引用?/p>

建立常見(jiàn)的軌道類型如I：地球同步、臨界傾角、太陽(yáng)同步、莫尼亞、重復(fù)軌道等。

STK還提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫(kù)(數(shù)據(jù)源自北美防空司令部).

(3)可見(jiàn)性分析

計(jì)算任意對(duì)象間的訪問(wèn)時(shí)間并在二維地圖窗口動(dòng)畫顯示，計(jì)算結(jié)果為圖表或文

字報(bào)告?？稍趯?duì)象間增加幾何約束條件，如遙感器的可視范圍、地基或天基系統(tǒng)的

最小仰角、方位角和可視距離。

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（4）遙感器分析

遙感器可以附加在任何空基或地基對(duì)象上，用于可見(jiàn)性分析的精確計(jì)算。遙感

器覆蓋區(qū)域的變化動(dòng)態(tài)的顯示在二維地圖窗口，包括多種遙感器類型（復(fù)雜圓弧、半

功率、矩形、掃擺、用戶定義）。

（5）姿態(tài)分析

TK提供標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)定義，或從外部輸入姿態(tài)文件（標(biāo)準(zhǔn)四元數(shù)姿態(tài)文件），為計(jì)算

姿態(tài)運(yùn)動(dòng)對(duì)其他參數(shù)的影響提供多種分析手段。

（6）可視化的計(jì)算結(jié)果

STK在二維地圖窗口可以顯示所有以時(shí)間為單位的信息，多個(gè)窗口可以分別以

不同的投影方式和坐標(biāo)系顯示?？梢韵蚯?、向后或?qū)崟r(shí)的顯示任務(wù)場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)變化;

空基或地基對(duì)象的位置、遙感器覆蓋區(qū)域、可見(jiàn)情況、光照條件，恒星/行星位置,

可將結(jié)果保存為BMP位圖或AVI動(dòng)畫。

（7）全面的數(shù)據(jù)報(bào)告

STK提供全面的圖表和文字報(bào)告總結(jié)關(guān)鍵信息，包含上百種數(shù)據(jù)，用戶可以為

一個(gè)對(duì)象或一組對(duì)象定制圖表和報(bào)告.所有報(bào)告均以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式輸出，可以輸出

到常用的電子制表軟件中。

（8）多平臺(tái)

在多種操作系統(tǒng)均可使用，包括Widows95/98,WindowsNT以及最主要的

UNIX平臺(tái)：SGI、Sun、IBM、DEC、HP。

1.2STK軟件發(fā)展歷程

1.3安裝STK軟件

1.4STK軟件的功能模塊

1.4.1先進(jìn)的分析模塊（AMM）

該模塊提供了具有先進(jìn)特征的軟件，并且極大的擴(kuò)展了STK的功能，這個(gè)模塊

可以滿足施行各式各樣的專業(yè)化的分析任務(wù)的衛(wèi)星系統(tǒng)工程師的要求。這些特征在

5個(gè)區(qū)域提供了先進(jìn)的功能：恣態(tài)模擬和指向，傳感器定義和限制，天文動(dòng)力學(xué)，

數(shù)據(jù)可視化和數(shù)據(jù)管理。

1.4.2Connect模塊

2

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1.4.3高精度軌道生成函數(shù)(HPOP)

該模塊能為各式各樣的地球衛(wèi)星產(chǎn)生軌道，能夠產(chǎn)生從地球表面到月球軌道等

不同距離的圓、橢圓、拋物線和雙曲線軌道。HPOP包括現(xiàn)代的、影響?個(gè)地球的

主要攝動(dòng)的所有的高保真模型衛(wèi)星：點(diǎn)重力模型(JGM)、日/月點(diǎn)質(zhì)量的重力影響、

大氣阻力、光壓、春(秋)分點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)、章動(dòng)、自旋、質(zhì)心變化等。另外HPOP也考

慮了三個(gè)基本天文時(shí)間系統(tǒng)的差別：UTC(GMT)、TAI和TDT(ET)。其中所有的輸

入和輸出都用UTC來(lái)表示；TAI和TDT在內(nèi)部使用來(lái)取得高精確度。

1.4.4長(zhǎng)周期軌道預(yù)測(cè)器(LOP)

LOP提供長(zhǎng)周期衛(wèi)星軌道的預(yù)測(cè)，經(jīng)常用于長(zhǎng)周期的設(shè)計(jì)任務(wù)、燃料的計(jì)算和

壽命結(jié)束時(shí)間的研究。出于性能方面的原因，高精度計(jì)算衛(wèi)星軌道的長(zhǎng)周期變化是

不切實(shí)際的，LOP開(kāi)發(fā)了“可交參數(shù)”來(lái)計(jì)算加在軌道上的平均攝動(dòng)影響。該方法

允許采用大的多軌時(shí)間長(zhǎng)度，因此在保證相同的軌道參數(shù)的高保真度的前提下大大

提高了計(jì)算速度。用戶輸入軌道和衛(wèi)星質(zhì)量、地域和阻力系數(shù)后程序?qū)?huì)按1976

標(biāo)準(zhǔn)大氣來(lái)計(jì)算阻力影響。另外，LOP在計(jì)算橢圓攝動(dòng)時(shí)也考慮地球扁率的影響、

聲學(xué)的共振影響、日月重力和光壓影響。該模型是建立在NASA噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的

運(yùn)算法則基礎(chǔ)上的。

1.4.5生命周期

生命周期是用來(lái)估計(jì)低軌衛(wèi)星由于大氣阻力而墜落前運(yùn)行在軌道的時(shí)間。該計(jì)

算法則與LOP的計(jì)算法則是相似的，當(dāng)然也有一些較大的差異。首先，在計(jì)算阻力

影響時(shí)采用更精確的大氣模型；然而由于在地球的重力模型中不考慮地球生命周期

的衰減，因此模型是明顯的簡(jiǎn)化了。它提供了較好的性能優(yōu)勢(shì)和較快的解析速度，

用戶輸入軌道、衛(wèi)星質(zhì)量、地域和阻力系數(shù)后，程序?qū)?huì)按Jaccchial971大氣模型

來(lái)計(jì)算大氣影響。另外，在計(jì)算軌道攝動(dòng)時(shí)，生命周期考慮地球扁率、日月引力和

太陽(yáng)光壓的影響。該模型是建立在NASA的Langley研究中心的運(yùn)算法則基礎(chǔ)之上。

L4.6地形

地形模塊提供了全球精確的三維地形高度數(shù)據(jù)，從地球表面的任意點(diǎn)上對(duì)衛(wèi)星

的訪問(wèn)計(jì)算都可以通過(guò)地形模塊開(kāi)發(fā)的多維運(yùn)算法則來(lái)完成。對(duì)于V0用戶來(lái)說(shuō)，

地形模塊提供了地球的真實(shí)地貌的三維描述和對(duì)衛(wèi)星訪問(wèn)的影響。數(shù)據(jù)的精確度為

30弧度秒/千米，在其壓縮格式中，所有的數(shù)據(jù)要求400M的儲(chǔ)存空間。然而，數(shù)據(jù)

可以直接從CD-ROM上讀出，這些數(shù)據(jù)最初是由美國(guó)地質(zhì)局根據(jù)地球上的一系列

資源編輯而成的，它們現(xiàn)在己被收入的STK中。

1.4.7高分辨率地圖

該模塊包含全球全面的、高分辨率地圖數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括海岸線、河、湖和政治

邊界，其分辨率近似為1弧度秒或30米，在小的地理的區(qū)域上設(shè)想地面磁道和范

圍區(qū)域是理想的，其中合并了特殊的數(shù)據(jù)存取算法來(lái)支持局部性地圖數(shù)據(jù)的快速可

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視化。數(shù)據(jù)從1995中央情報(bào)局RWDB2數(shù)據(jù)庫(kù)中提取并且其存儲(chǔ)量為200MB左右。

它使用STK中的最佳性能來(lái)進(jìn)行格式。

4

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2創(chuàng)建第一個(gè)STK場(chǎng)景

2.1引言

本章創(chuàng)建了一個(gè)STK場(chǎng)景（Scenario）,其2D和3D視圖見(jiàn)圖2-1。

圖2-1STK衛(wèi)星仿真場(chǎng)景

2.2創(chuàng)建場(chǎng)景

第一步，創(chuàng)建場(chǎng)景，具體操作過(guò)程如下：

（1）創(chuàng)建場(chǎng)景：從菜單項(xiàng)選擇File—New,或者從工具欄直接點(diǎn)擊密圖標(biāo)；

（2）保存場(chǎng)景：菜單項(xiàng)選擇File-Save,或者從工具欄直接點(diǎn)擊扇圖標(biāo)。

提示：創(chuàng)建單獨(dú)的文件夾存放每個(gè)場(chǎng)景，文件夾的名字要相似于場(chǎng)景名字。這樣

可以防止意外覆蓋之前的工作。

這樣就創(chuàng)建了一個(gè)新的場(chǎng)景，工作區(qū)間（workspace）會(huì)看到2D和3D視圖。此時(shí)

可以利用鼠標(biāo)改變3D視圖中的視角：按住鼠標(biāo)左鍵可以改變視角，按住右鍵可以對(duì)

視圖進(jìn)行縮放。點(diǎn)擊倒返回最初的視圖。

2.3創(chuàng)建對(duì)象

創(chuàng)建場(chǎng)景后，下一步需要?jiǎng)?chuàng)建對(duì)象（object）?

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2.3.1創(chuàng)建地面站

用戶可以自己定義或者從數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建地面站、發(fā)射場(chǎng)或者城鎮(zhèn)的地理位置坐標(biāo)。

1)手動(dòng)創(chuàng)建

具體操作如下：

(1)選擇Insert—New,打開(kāi)對(duì)象對(duì)話框；

(2)雙擊圖標(biāo)晶(Facility),ObjectBrowser新出現(xiàn)一個(gè)名為Facility1的對(duì)象；

(3)選中Facility],點(diǎn)擊右鍵，選擇Rename,將其命名為Perth；

(4)此時(shí)觀察2D或者3D視圖,會(huì)發(fā)現(xiàn)Perth的地理位置非常接近位于Pennsylvania

州Exton鎮(zhèn)的AGI公司總部，因此需要改變其位置；

(5)在ObjectBrowser選中Perth,點(diǎn)擊二PropertiesBrowser,打開(kāi)屬性對(duì)話框；

(6)選中Basic-Position,Type類型選擇為Geodetic；

(7)Latitude項(xiàng)改為-31.803；

(8)Longitude項(xiàng)改為115.885；

(9)Altitude項(xiàng)改為0.022；

(10)點(diǎn)擊OK,進(jìn)行保存。

此時(shí)Perth出現(xiàn)在澳大利亞的西南角。

2)自動(dòng)創(chuàng)建：從數(shù)據(jù)庫(kù)中添加

STK中已經(jīng)定義好了數(shù)百個(gè)地面設(shè)施對(duì)象。下面利用數(shù)據(jù)庫(kù)添加位于美國(guó)維吉尼

亞州東海岸的Wallops地面站：

(1)選擇Insert—FacilityfromDatabase；

(2)選中SiteName,輸入Wallops；

(3)點(diǎn)擊PerformSearch,會(huì)出現(xiàn)InsertFacility對(duì)話框，里面顯示了名為Wallops

對(duì)象的屬性；

(4)選中Wallops。下拉菜單CreationClass選擇為Facility。點(diǎn)擊OK。

(5)點(diǎn)擊Close,關(guān)閉FacilityDatabase對(duì)話框。

此時(shí),Wallops出現(xiàn)在ObjectBrowser里面，在2D和3D視圖中能夠看到它的位置。

2.3.2創(chuàng)建城市

城市對(duì)象不能手動(dòng)創(chuàng)建，只能從數(shù)據(jù)庫(kù)中添加城市對(duì)象：Insert—Cityfrom

Databaseo

此處插入城市Beijingo

2.3.3創(chuàng)建衛(wèi)星

STK提供了六種類型的運(yùn)載工具對(duì)象：衛(wèi)星(Satellite),運(yùn)載火箭(LaunchVehicle),

導(dǎo)彈(Missile),飛機(jī)(Aircraft),艦船(Ship)和車輛(GroundVehicle)。下面介紹如

何創(chuàng)建衛(wèi)星對(duì)象。

1)設(shè)定軌道參數(shù)

(1)點(diǎn)擊Insert—New,打開(kāi)Object對(duì)話框；

6

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(2)雙擊整(Satellite)圖標(biāo)，ObjectBrows6r新出現(xiàn)了一個(gè)名為Satellite1的對(duì)象，

同時(shí)出現(xiàn)了軌道設(shè)定向?qū)?duì)話框：OrbitWizard；

提示：如果0rbitWizard沒(méi)有出現(xiàn)，右擊ObjectBrowser中的Satellite1對(duì)象，選擇

SatelliteTools一OrbitWizard；

(3)在OrbitWizard中點(diǎn)擊Next；

(4)從OrbitSelection下拉菜單中選擇CriticallyInclined,點(diǎn)擊Next；

(5)ApogeeAltitude輸入15000km；

(6)PerigeeAltitude輸入1500km,點(diǎn)擊Next；

(7)點(diǎn)擊Finish。

(8)在ObjectBrowser中右擊Satellite1,重命名為MEO。

此時(shí)2D視圖出現(xiàn)了MEO的星下點(diǎn)軌跡，3D視圖中出現(xiàn)了ME0軌道。

OrbitWizard提供了一種簡(jiǎn)單的定義不同衛(wèi)星軌道的方法。

2)動(dòng)畫工具

動(dòng)1HI工具欄：

?一開(kāi)始會(huì)—加速由一減慢用一暫停

陋一后退山一前進(jìn)I4—重置4—反向運(yùn)行

2.3.4創(chuàng)建傳感器

STK可以創(chuàng)建光學(xué)和雷達(dá)傳感器，天線，激光等。在上面場(chǎng)景中在地面站中加入

一個(gè)傳感器，具體操作為：

⑴在ObjectBrowser中選中Wallops(一定要選中,否則第三步?jīng)]有sensor圖

標(biāo))；

(2)選擇Insert-New,打開(kāi)Object對(duì)話框；

(3)雙擊用(Sensor)圖標(biāo)，Wallops下會(huì)新出現(xiàn)一個(gè)名為sensor1的子對(duì)象；

(4)將sensor1重命名為NorthSensor,打開(kāi)它的屬性卡，在Basic選項(xiàng)卡里面選

中Definition；

(5)下拉菜單SensorType選擇SimpleConic,ConeAngle設(shè)置為45degrees；

(6)點(diǎn)擊OK,關(guān)閉屬性卡。

(7)Perth也創(chuàng)建一個(gè)傳感器，將其命名為SouthSensor；

(8)打開(kāi)SouthSensor的屬性卡，選中Definition,下拉菜單SensorType選擇Simple

Conic,ConeAngle設(shè)置為45degrees；

(9)觀察2D視圖里面這兩個(gè)傳感器的觀測(cè)范圍；

(10)觀察3D視圖，轉(zhuǎn)動(dòng)地球，觀察這兩個(gè)觀測(cè)器的圓錐形觀測(cè)窗口；

(11)選中SouthSensor屬性卡的Definition,將ConeAngle設(shè)置為60degrees,點(diǎn)

擊OK；

(12)在2D和3D視圖中觀察增大coneangle帶來(lái)的影響。

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2.4計(jì)算訪問(wèn)窗口

STK衛(wèi)星工具箱(SatelliteToolKit)提供了一個(gè)非常重要的工具一Access。下面介

紹它的使用方法：

(1)在ObjectBrowser里選中MEO；

(2)點(diǎn)擊圖標(biāo)上，打開(kāi)Access工具；

(3)在打開(kāi)的Access頁(yè)面里，點(diǎn)擊Perth和Wallops左邊的“+”號(hào)；

(4)同時(shí)選中兩個(gè)傳感器，然后點(diǎn)擊compute...；

提示：利用ctr鍵同時(shí)選中多個(gè)目標(biāo)；

(5)觀察2D視圖，可以看到衛(wèi)星星下點(diǎn)軌跡在兩個(gè)地面站周圍變粗了。粗線表

示地面?zhèn)鞲衅骺梢杂^測(cè)到衛(wèi)星的時(shí)間范圍；

(6)運(yùn)行動(dòng)畫，可以看到當(dāng)傳感器捕獲到衛(wèi)星時(shí)，衛(wèi)星周圍出現(xiàn)方框，同時(shí)會(huì)有

一條線將衛(wèi)星和安裝有相應(yīng)傳感器的地面站連接起來(lái)；

(7)觀察3D窗口，傳感器捕獲到衛(wèi)星時(shí)同樣有一條線將衛(wèi)星和地面站連接起來(lái);

(8)在Access頁(yè)面Reports欄，點(diǎn)擊Access...,會(huì)顯示衛(wèi)星每次被傳感器捕獲的

時(shí)間，以及針對(duì)每個(gè)傳感器的全局統(tǒng)計(jì)特性，例如最大/小持續(xù)時(shí)間、平均持續(xù)時(shí)間；

(9)關(guān)閉Access頁(yè)面，但保持Reports頁(yè)面打開(kāi)。

2.5約束條件下訪問(wèn)窗口的計(jì)算

為了使仿真結(jié)果更加精確，STK提供了多種約束條件下捕獲窗口計(jì)算方法。這里

給出兩個(gè)例子。

2.5.1升交角(ElevationAngle)約束

假設(shè)當(dāng)衛(wèi)星處于低高度時(shí)，位于Wallops的傳感器工作效果最好。這可以通過(guò)對(duì)傳

感器的最大升交角進(jìn)行約束來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(1)雙擊NorthSensor,打開(kāi)它的屬性卡；

(2)選中：Constraints—Basic；

(3)選中：ElevationAngle—Max；

(4)在文本框里輸入75deg；

(5)點(diǎn)擊OK,觀察2D視圖里捕獲窗口的變化；

(6)打開(kāi)前面一節(jié)創(chuàng)建的Reports頁(yè)面，點(diǎn)擊Refresh,觀察報(bào)告里

MEO—To一NorthSensor部分捕獲時(shí)間的變化。

2.5.2時(shí)間約束

針對(duì)衛(wèi)星MEO,假設(shè)位于Perth地面站的工作人員僅對(duì)處于當(dāng)?shù)貢r(shí)間9am到5pm

的捕獲窗口感興趣。為了滿足他們的需求，對(duì)傳感器加上時(shí)間約束。

(1)雙擊SouthSensor,在打開(kāi)的屬性卡里選擇Constraints—Temporal；

(2)選中Local；

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(3)Start時(shí)間設(shè)置為09:00:00,End時(shí)間設(shè)置為17:00:00；

(4)點(diǎn)擊OK；

(5)觀察視圖和Accessreport報(bào)告里捕獲窗口的變化。

2.6報(bào)告和圖表

STK提供了很多樣式的報(bào)告和圖表，并且可以個(gè)性化定制。這里給出了2個(gè)例子。

2.6.1緯度、經(jīng)度和高度(LLAPosition)

(1)在ObjectBrowser里面選中ME0；

(2)點(diǎn)擊圖標(biāo)圖Rep/,打開(kāi)Report工具；

(3)選中Styles—LLAPosition；

(4)點(diǎn)擊Create…，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)報(bào)表，里面列出了在整個(gè)場(chǎng)景時(shí)間段內(nèi)的緯度、

精度、高度以及相應(yīng)的速率；

(5)點(diǎn)擊圖標(biāo)此13raph,打開(kāi)Graph工具，選中Styles—LLAPosition,點(diǎn)擊Create…。

2.6.2光照時(shí)間(LightingTimes)

(1)對(duì)于MEO衛(wèi)星，點(diǎn)擊圖標(biāo)匕Report,打開(kāi)Report工具，選中Styles—Lighting

Times,點(diǎn)擊Create...,會(huì)產(chǎn)生LightingTimes報(bào)告，里面列出了日光照射(directsunlight)

時(shí)間、邊緣日照(penumbra)時(shí)間和處于陰影(umbra)時(shí)間；

(2)利用Graph工具創(chuàng)建相應(yīng)的圖表；

(3)比較LightingTimes和LLAPosition圖表，你能看出當(dāng)衛(wèi)星處于陰影時(shí)高度

和光照時(shí)間的聯(lián)系嗎？

2.73D動(dòng)畫演示

STK能夠以3D模式動(dòng)態(tài)顯示場(chǎng)景，此處利用安裝在衛(wèi)星上的傳感器學(xué)習(xí)配置3D

圖形屬性，效果見(jiàn)圖2-2所示。

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圖2-23D動(dòng)畫演示

2.7.1設(shè)置地球3D屬性

(1)打開(kāi)前面章節(jié)創(chuàng)建的場(chǎng)景(包含兩個(gè)安裝有傳感器的地面站，一個(gè)MEO衛(wèi)

星)；

(2)點(diǎn)擊倒返回最初的視圖；

(3)如果電腦連接有互聯(lián)網(wǎng)，可以連接到AGI公司的Globeserver服務(wù)器，該服

務(wù)器提供了很多地球模型文件(globefiles)o為了連接到該服務(wù)器，首先打開(kāi)該場(chǎng)景的

屬性卡，選擇3DGraphics―Globeserver,選中EnableGlobeserverAccess,點(diǎn)擊Reload

ConfigurationData來(lái)遠(yuǎn)程連接AGI服務(wù)器獲得新的地球模型數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊OK關(guān)閉屬性

卡；

(4)選中3D視圖，點(diǎn)擊圖表-1,打開(kāi)3D圖形屬性卡，默認(rèn)頁(yè)面是Globe頁(yè)面;

(5)在Globe屬性頁(yè)面保持默認(rèn),Details頁(yè)面:選中Show,高亮〃山es,

RWDB2_Intemational_Borders,RWDB2_Provincial_Borders,點(diǎn)擊apply。

(6)Celestial頁(yè)面：選中ShowUmbraCone,點(diǎn)擊apply；Lighting頁(yè)面：取消選

中￡ig/z山zg,點(diǎn)擊apply；Grids頁(yè)面：在Ec即〃‘cCb"力加z/es框里選中show,點(diǎn)

擊apply□

2.7.2設(shè)置傳感器顯示屬性

場(chǎng)景里的每一個(gè)對(duì)象都可以設(shè)置它的3D屬性。此處對(duì)傳感器的圖形屬性進(jìn)行設(shè)

置。

(1)對(duì)于衛(wèi)星MEO,安裝上傳感器，其特性為：complexconic,OuterHalfAngle

為30deg；

io

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(2)打開(kāi)傳感器的屬性頁(yè)面，選中：3DGraphics-Attributes-TranslucentLines；

(3)3DGraphics-Pulse：選中Show,選中Smooth,Amplitude設(shè)置為0.5,Pulse

length設(shè)置為2000km；選擇Frequencyvalue為slow；保存，觀察3D視圖變化。

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3利用CommConstraints設(shè)計(jì)通信鏈路

3.1引言

STK/Communications模塊的一個(gè)基本功能是分析通信鏈路。能夠?qū)Πl(fā)射機(jī)與接收

機(jī)之間的鏈路進(jìn)行約束來(lái)滿足RF各項(xiàng)指標(biāo)。通過(guò)設(shè)置約束來(lái)調(diào)整通信設(shè)備的屬性，進(jìn)

一步觀察調(diào)整對(duì)鏈路性能的影響。在下面的練習(xí)中將設(shè)置一條地面接收機(jī)與通信衛(wèi)星

發(fā)射機(jī)之間的通信鏈路，然后設(shè)置Comm約束條件，觀察設(shè)置約束帶來(lái)的影響。

首先創(chuàng)建一個(gè)場(chǎng)景，TimePeriod設(shè)置為一天，起始時(shí)間為1Jul200612:00:00.00,

結(jié)束時(shí)間為2Jul200612:00:00.00,Epoch為1Jul200612:00:00.00,TimeStep為60s。

添加一個(gè)地面站(Facility),Basic/Position屬性里設(shè)置經(jīng)度和緯度均為Odeg,高度為

0kmo利用OrbitWizard,定義一個(gè)圓軌道衛(wèi)星，軌道傾角(Inclination)為45deg,高

度為1500km,OrbitStart>OrbitStop與TimeStep與場(chǎng)景設(shè)置相同。在衛(wèi)星上安裝一個(gè)

傳感器，將其PointingType設(shè)置為Targeted,將地面站設(shè)置為它的目標(biāo)對(duì)象。

小技巧：傳感器將作為衛(wèi)星發(fā)射機(jī)的指向平臺(tái)。利用傳感器指向地面站(安裝有

接收機(jī))是對(duì)跟蹤天線建模的一種便捷方式。

3.2設(shè)置鏈路

在設(shè)置發(fā)射機(jī)和接收機(jī)具體參數(shù)之前，首先定義適用于場(chǎng)景中任意通信鏈路的環(huán)

境模塊(environmentalmodel)0打開(kāi)場(chǎng)景屬性窗口，選擇RF/Environment頁(yè)面。對(duì)Rain

andGaseousAbsorptionModels選中Use選項(xiàng)，在Type選項(xiàng)中選擇ITU-RP.618-8和

ITU-RP.676-5o這些模型復(fù)合國(guó)際電信聯(lián)盟(InternationalTelecommunicationsUnion,

ITU)標(biāo)準(zhǔn)。點(diǎn)擊OK。

為地面站添加接收機(jī)。打開(kāi)接收機(jī)的Basic/Definition頁(yè)面。Comm模塊為發(fā)射機(jī)

和接收機(jī)提供了不同的模型類型(ModelTypes),主要體現(xiàn)在復(fù)雜性、輸入?yún)?shù)等方面。

選擇MediumReceiverType,這樣能夠配置系統(tǒng)溫度(SystemTemperature)參數(shù)，將

增益(Gain)設(shè)置為20dB。

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在RainModel選項(xiàng)，選擇UseRainModel,將OutagePercent設(shè)為0.01,該數(shù)字表

示一年當(dāng)中由降雨造成通信中斷時(shí)間的百分比，或者反過(guò)來(lái)說(shuō)，也可以表示盡管存在

降雨但通信鏈路仍然暢通的百分比。此處將鏈路暢通時(shí)間占一年時(shí)間的99.99%,其它

參數(shù)（例如功率、頻率）必須調(diào)整來(lái)滿足該要求。

選中SystemTemperature區(qū)域的Calculate選項(xiàng)，點(diǎn)擊Details…按鈕打開(kāi)System

Temperature窗口：

將ReceiverNoiseFigure設(shè)為L(zhǎng)2dB,選擇CalculatedAntennaNoise,選中Sun,

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Atmosphere,Rain天線噪聲源選項(xiàng)，點(diǎn)擊OK回到MediumReceiverModel窗口。

打開(kāi)接收機(jī)的Refraction頁(yè)面，從RefractionModel中選擇ITU-RP.834-4o根據(jù)

ITU834.4標(biāo)準(zhǔn)的建議，當(dāng)輸入非折射高程角(non-refractedelevationangle)和接收機(jī)

的平均海拔高度時(shí)，該模型便計(jì)算處折射高程(refractedelevation)。點(diǎn)擊OK,這樣就

配置好了接收機(jī)的參數(shù)。

為衛(wèi)星傳感器安裝一個(gè)發(fā)射機(jī)，打開(kāi)發(fā)射機(jī)的Basic-Definition頁(yè)面，將ModelType

設(shè)置為ComplexSourceTransmitter：

將Frequency設(shè)為4.5GHz,Powe設(shè)置為5dBW。點(diǎn)擊Antenna…按鈕，會(huì)出現(xiàn)一

個(gè)SingleBeamAntenna窗口如下：

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點(diǎn)擊Details按鈕，打開(kāi)AntennaParameters窗口:

Diameter設(shè)置為Im,AntennaEfficiency設(shè)置為55%。關(guān)閉AntennaParameters和

SingleBeamAntenna窗口。

關(guān)閉ComplexSourceTransmitterModel窗口前，點(diǎn)擊Post-Transmit按鈕（在

AdditionalGainsandLosses頁(yè)面），會(huì)打開(kāi)Post-TransmitGains&Losses窗口：

點(diǎn)擊Add按鈕，在新出現(xiàn)的行左邊小格內(nèi)輸入PointingLoss,右邊小格輸入-IdB。

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這是接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的典型增益損失。點(diǎn)擊0K,關(guān)閉Post-TransmitGains&Losses窗

口。再次點(diǎn)擊0K,關(guān)閉Basic-Definition窗口。這樣就完成了發(fā)射機(jī)的設(shè)置。

在ObjectBrowser里選中發(fā)射機(jī)，打開(kāi)Access工具，將接收機(jī)設(shè)為Associated

Object,點(diǎn)擊Compute。2D圖形窗口中高亮顯示的衛(wèi)星地面投影曲線表示存在發(fā)射機(jī)

和接收機(jī)之間的通道，放大該區(qū)域觀察。

在給定的RF準(zhǔn)則的前提下，CommConstraints影響了訪問(wèn)時(shí)間，保持Access窗

口打開(kāi)狀態(tài)，觀察訪問(wèn)情況的變化。

3.3設(shè)置COMMCONSTRAINTS

在Access窗口，點(diǎn)擊Reports-Custom…按鈕，顯示STKReport工具欄，選擇

Styles-LinkBudge-Detailed-Create...,于是得到含有大量鏈路性能數(shù)據(jù)的報(bào)表。

例如要查看接收各向同性功率(ReceivedIsotropicPower,RIP),該數(shù)據(jù)是發(fā)射機(jī)

有效各向同性輻射功率(EffectiveIsotropicRadiatedPower,EIRP)與接收機(jī)接收到的

傳播信號(hào)(大氣、雨水、自由空間會(huì)造成傳播損失)的乘積。根據(jù)LinkBudgetReport,

該數(shù)據(jù)大致在-156到-135dBW范圍內(nèi)。

保持報(bào)表窗口打開(kāi)。

打開(kāi)接收機(jī)的Constraints-Comm頁(yè)面。

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3.3.1接收各向同性功率約束

假設(shè)不考慮RIP值低于-140dBW的鏈路。選中RcvdIsotropicPower-Min,輸入-140,

點(diǎn)擊Apply。在2D圖形窗口中，會(huì)看到剛才設(shè)置的約束對(duì)訪問(wèn)時(shí)間有很大的影響?；?/p>

到LinkBudget報(bào)表，點(diǎn)擊Report-Refresh,觀察RIP值的變化，發(fā)現(xiàn)小于-140dBW的

條目消失了。

在關(guān)閉最小RIP、設(shè)置其它約束之前，考慮在保持該最小約束的前提下如何提高鏈

路性能。一種方法是通過(guò)增大高斯天線的直徑來(lái)提高發(fā)射機(jī)增益，EIRP（發(fā)射機(jī)增益

與功率的乘積）也會(huì)增大。前面提到，天線數(shù)據(jù)是在SingleBeam

Antenna-Details...-AntennaParameters里設(shè)置。將Diamter設(shè)置為1.5m,點(diǎn)擊OK關(guān)閉

AntennaParameters和SingleBeamAntenna窗口，在ComplexSourceTransmitterModel

窗口里點(diǎn)擊Apply。此時(shí)2D圖形窗口會(huì)有明顯的變化，刷新LinkBudget報(bào)表，會(huì)發(fā)

現(xiàn)有新的時(shí)間條目出現(xiàn)。

注意：在接下來(lái)的操作前，將Diameter更改回1.0m,并取消RIP約束。

不幸的是，如果衛(wèi)星已經(jīng)發(fā)射出去，此時(shí)沒(méi)有辦法改善RIP值。如果想通過(guò)提高接收

機(jī)增益來(lái)改善RIP值是不可行的，因?yàn)镽IP值與發(fā)射機(jī)沒(méi)有聯(lián)系。因此在發(fā)射昂貴的

硬件之前先要進(jìn)行各項(xiàng)分析。

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3.3.2多普勒頻移約束

當(dāng)衛(wèi)星靠近接收機(jī)時(shí)接收頻率會(huì)增大，遠(yuǎn)離接收機(jī)時(shí)接收頻率會(huì)減小，對(duì)接收機(jī)

進(jìn)行多普勒頻移約束就是讓接收機(jī)具有適應(yīng)接收頻率變化的能力。前面設(shè)置發(fā)射機(jī)的

頻率為4.5GHz。在LinkBudgetReport中查看接收機(jī)接收到的頻率，會(huì)發(fā)現(xiàn)接收機(jī)必

須要適應(yīng)頻率變化+/-80KHZ,這樣才能避免接收機(jī)未能捕捉到輸入信號(hào)。

假設(shè)接收機(jī)在某一方向上具有能夠適應(yīng)輸入頻率變化50KHz的能力，現(xiàn)在對(duì)該約

束進(jìn)行建模。在Constraints-Comm頁(yè)面中的DopplerShift項(xiàng)，Min值設(shè)為-50KHz,Max

值設(shè)為50KHz，點(diǎn)擊Apply。在2D圖形窗口中將看到顯著變化。實(shí)際上，當(dāng)關(guān)閉Min

和Max選項(xiàng)時(shí)，當(dāng)衛(wèi)星接近和離開(kāi)地面站時(shí)多普勒頻移約束也會(huì)表現(xiàn)出來(lái)。刷新Link

BudgetReport會(huì)發(fā)現(xiàn)，輸入頻率小于4.49995和大于4.50005的時(shí)間項(xiàng)被剔除了。

注意：在進(jìn)行下面的練習(xí)前取消多普勒頻移約束。

3.3.3通量密度約束

通量密度(FluxDensity)單位通常為dB(watts/m2),表達(dá)式為發(fā)射機(jī)輻射功率(會(huì)

由于大氣損耗而衰減)除以球面積(其半徑為發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間的距離)，即

(EIRP)4

I=

首先取消CommConstraints中的約束項(xiàng)，然后刷新LinkBudgetReporto通量密度

輸入值范圍大致在-122~-100dB(watts/m2)之間。

假設(shè)希望剔除鏈路中通量密度小于-UOdB(watts/m2)的時(shí)間項(xiàng)。打開(kāi)接收機(jī)的

Comm-Constraints頁(yè)面，將FluxDensity中的Min值設(shè)為-110,點(diǎn)擊Applyo觀察2D

圖形窗口和LinkBudgetReport中的變化。

如同前面所說(shuō)的RIP一樣，通量密度并不能通過(guò)配置接收機(jī)參數(shù)而得到改善，但

能通過(guò)配置發(fā)射機(jī)參數(shù)而得到改善。可以嘗試增加發(fā)射機(jī)功率，或者在PostTransmit

Gains&Losses窗口中取消-IdB指向損耗(pointingloss)。

注意：在進(jìn)行下面的練習(xí)前取消通量密度約束，將發(fā)射機(jī)參數(shù)改為原來(lái)設(shè)置。

3.3.4載波噪聲比約束

評(píng)估鏈路性能的一個(gè)重要指標(biāo)是載波噪聲比(CarriertoNoiseRatio,CNR),不考

慮帶寬時(shí)的表達(dá)式為：

=5"塾

kJ

其中，4表示自由空間衰減，〃表示大氣衰減，聲表示接收機(jī)增益，k=1.373x1023

W/KHz表示Boltzman常數(shù)，T約表示等效噪聲溫度。

考慮帶寬時(shí)的表達(dá)式為

,(EIRP)LpLag.

k工口BQ

其中，表示參考帶寬。

本文練習(xí)中，C/No和C/N分別大致在65~92dB/Hz、-10~18dB之間。可以對(duì)鏈路

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，最新資料推薦，

的CNR進(jìn)行約束，例如，將C/N的Min值設(shè)為10dB,然后在2D圖形窗口和LinkBudget

Report中觀察變化。

與鏈路其它性能相比，C/No和C/N能夠?qū)邮諜C(jī)和發(fā)射機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整而得到改

進(jìn)。接收機(jī)增益出現(xiàn)在上面兩個(gè)式子的分子中。保留前面的C/N約束設(shè)置，在接收機(jī)

的Basic-Definition頁(yè)面中試著調(diào)整下面的參數(shù)(每次調(diào)整一項(xiàng)參數(shù)，調(diào)整下一個(gè)參數(shù)

前先復(fù)原前一個(gè)參數(shù))，注意2D圖形窗口中的變化：

?將Gain增大至25dB；

?點(diǎn)擊SystemTemperature頁(yè)面的Details…按鈕，將ReceiverNoiseFigure減小至

IdB；

?添加(右手或左手，RightHandorLeftHand)圓極化(CircularPolarization)；

?在AdditionalGainsandLosses頁(yè)面，添加一項(xiàng)Pre-Receive增益，大小為IdB(名

字任意)；

?在RainModel中，將OutagePercent增大至0.03。

將RainModel值改回0.01,C/N其它約束保留。

調(diào)整發(fā)射機(jī)的ModulationType參數(shù)，例如默認(rèn)的調(diào)制類型為BPSK,譜比為

2Hz/bps,將其改為MSK,譜比為1.5Hz/bps,將會(huì)延長(zhǎng)訪問(wèn)時(shí)間。如果更改為QPSK

或者OQPSK,譜比為IHz/bps,訪問(wèn)時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。

注意：在進(jìn)行下面的練習(xí)前，復(fù)原發(fā)射機(jī)參數(shù)，取消C/N約束。

3.3.5數(shù)字通信系統(tǒng)約束

對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)，接收機(jī)的比特能量與噪聲之比定義為

&/N「=(C/Nn)T

其中T為比特周期。刷新LinkBudgetReport(取消其它的Comm約束)，在此處

練習(xí)中通信鏈路的Eb/No值大致在-6~20范圍。將Eb/No的Min值設(shè)為15觀察變化。利

用CNR,鏈路性能能夠通過(guò)配置接收機(jī)和發(fā)射機(jī)參數(shù)而得到改進(jìn)。例如，打開(kāi)發(fā)射機(jī)

Basic-Definition頁(yè)面，將DataRate減小為12Mbps,這樣比特周期T會(huì)增加，從而改

善Eb/Noo

注意：在進(jìn)行下面的練習(xí)前取消Eb/No約束，將DataRate改為原來(lái)設(shè)置。

數(shù)字通信系統(tǒng)的鏈路性能通過(guò)BitErrorRate(BER)直接測(cè)量，BER表示接收到

錯(cuò)誤比特的概率。根據(jù)LinkBudgetReport,此處的練習(xí)中BER大致在IxlO^.SxlO-1

范圍。期望的BER為IOS將該值輸入到BERMax約束中，觀察結(jié)果的變化。BER

為Eb/No的函數(shù)，可以通過(guò)配置發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的參數(shù)而得到改進(jìn)，包括減小DataRate。

注意：在進(jìn)行下面的練習(xí)前取消BER約束。

3.3.6折射高度和距離約束

可以對(duì)發(fā)射機(jī)相對(duì)于接收機(jī)的折射高度和距離(refractedelevationandrange)進(jìn)行

約束限制。打開(kāi)接收機(jī)的Basic-Refraction頁(yè)面，選中UseRefractioninAccess

Computationso

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打開(kāi)Basic-Constraints頁(yè)面，將ElevationAngle項(xiàng)的Min值設(shè)為5dego

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這樣就剔除了當(dāng)衛(wèi)星非常接近地平線時(shí)的通信鏈路，此時(shí)由于信號(hào)要在大氣層內(nèi)

傳輸很長(zhǎng)距離因此鏈路是不可靠的。點(diǎn)擊Apply,注意2D圖形窗口中的變化，可以發(fā)

現(xiàn)當(dāng)衛(wèi)星剛升起或者快要落下時(shí)的星下點(diǎn)軌跡直接被去掉了。

折射高度和距離的計(jì)算取決于選擇的折射模型。前面選擇的是與經(jīng)驗(yàn)相吻合的ITU

模型。打開(kāi)接收機(jī)的Basic-Refraction頁(yè)面，選中EffectiveRadiusMethod模型，該模型

能夠計(jì)算由于折射引起的高度的變化。將EffectiveRadiusFactor設(shè)為1.33。

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點(diǎn)擊Apply。2D圖形窗口中，滿足該高度約束的衛(wèi)星的星下點(diǎn)軌跡較之前采用的

ITU經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵嘁恍?/p>

注意：當(dāng)選中UseRefractioninAccessComputations時(shí)，所有對(duì)象的可視性

(visibility)、距離(range)>仰角(elevationangle)和鏈路天線視軸角(linkangleofthe

antennaboresight)在計(jì)算時(shí)都會(huì)將折射考慮在內(nèi)。

當(dāng)選中UseRefractioninAccessComputations時(shí)，每個(gè)接收機(jī)的訪問(wèn)計(jì)算都需要考

慮折射因素。

繼續(xù)下面的練習(xí)前，改回原來(lái)的ITU模型，取消RefractedElevation約束。

3.3.7系統(tǒng)噪聲溫度約束

在接收機(jī)的Constraints-Noise頁(yè)面，可以設(shè)置系統(tǒng)噪聲溫度(SystemNoise

Temperature)的最小和最大值。可以在接收機(jī)的Basic-Definition頁(yè)面中的噪聲選項(xiàng)選

擇總的系統(tǒng)溫度，或者設(shè)置下面窗口中的噪聲選項(xiàng)覆蓋掉前面的噪聲設(shè)置：

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打開(kāi)噪聲(Noise)頁(yè)面，將TotalSystemTemperature中的Max值設(shè)為200K。觀

察2D圖形窗口中的變化。

與前面做的約束限制練習(xí)不同的是，由于系統(tǒng)噪聲溫度限制所影響到的訪問(wèn)時(shí)間

并不能通過(guò)增大發(fā)射機(jī)功率或者接收機(jī)增益而改善。但是，打開(kāi)接收機(jī)的

Basic-Definition頁(yè)面，任意選擇極化(Polarization)類型，在2D圖形窗口中將會(huì)看到

訪問(wèn)時(shí)間明顯延長(zhǎng)，這是由于極化會(huì)將系統(tǒng)噪聲溫度降至原來(lái)的一半。

做下面的驗(yàn)證：將接收機(jī)的極化(Polarization)類型改回原來(lái)的狀態(tài)(無(wú)極化方

式)，取消噪聲約束，刷新LinkBudgetReport,注意Tatmos值和T面值。然后選擇極化

(例如Linear),點(diǎn)擊Apply然后刷新報(bào)告，發(fā)現(xiàn)噪聲值大致為原來(lái)的一半。

3.4經(jīng)常用到的C/NConstraints

為了滿足性能要求，通常情況下接收機(jī)廠家對(duì)C/N最小值都有相應(yīng)要求。在通信

鏈路設(shè)計(jì)中在接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間添加C/N約束能夠?qū)Υ诉M(jìn)行建模。例如，廠家要求

為了使接收機(jī)正常工作，C/N最小值至少為5dB,于是可以在C/NConstraints中將Min

值設(shè)為5,這會(huì)減少接收機(jī)和發(fā)射機(jī)訪問(wèn)周期的個(gè)數(shù)和長(zhǎng)度。

為了讓鏈路擁有更高的質(zhì)量和可靠性，在滿足其它性能要求的基礎(chǔ)上可以考慮增

加衰落余量(fademargin)指標(biāo)，方法是在C/NConst