【Astronautics】基于STK软件矢量工具之计算和展示两个矢量之间的夹角 |
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1. 环境说明
序号
名称
说明
1
windows 系统
11
2
STK软件
V11.6
2. 矢量工具简介 STK软件中的矢量工具包含大量的矢量类型以及相关的组件，这些矢量类型能够添加到对象中，并在3D视图中展示出来，常用的矢量类型包含向量、坐标轴、点、坐标系、角、平面等。 通过菜单栏Analysis->Analysis Workbench菜单，即可访问矢量工具页面，在Vector Geometry标签中，左侧点击选中不同类型的对象，右侧则展示该对象类型的组件列表，包含向量、坐标系、点、平面等，页面中部可新建不同类型的矢量，页面中部上方则可对矢量进行修改、过滤展示、删除、导入、导出等操作。 3. 操作步骤3.1. 场景初始化 打开STK软件，新建一个场景。 插入一颗卫星，可直接从STK卫星数据库中插入，或从celestrack网站中获取TLE两行码导入。 插入一个地面站，可直接从STK地面站数据库中插入。 3.2. 默认矢量组件展示以卫星对象为例，软件自带的默认矢量类型及组件包含如下。 其他对象自带的矢量类型，可自行探索。 矢量类型 矢量名称 Angles SunMoon Angle Axes Body Axes、TopoCentric Axes、VVLH Axes、J2000 Axes Vectors Sun Vector、Moon Vector、Nadir(Centric) Vector、Velocity Vector Planes Body.XY Plane 3.2.1. 角度（Angles） SunMoon Angle：日月夹角，以卫星为顶点，顶点分别指向太阳和月球的两条向量形成的角度。 3.2.2. 坐标系（Axes） Body Axes：本体坐标系，以卫星质心为原点，飞行方向为OX轴，卫星指向地心的负法向为OZ轴，OY轴由右手螺旋定则确定。 TopoCentric Axes：站心坐标系，以卫星质心为原点，飞行方向为OX轴，卫星指向地心的法向为OZ轴，OY轴根据右手螺旋定则确定。 VVLH Axes：英文全称是Vehicle Velocity Local Horizontal coordinate system，以卫星本体质心为坐标系原点，OX轴沿飞行方向，OY轴指向基于地惯系的轨道平面的负法向，OZ轴指向地心方向。 J2000 Axes：即J2000惯性坐标系，典型的地心惯性坐标系（Earth-Centered Inertial coordinate system），坐标原点为地球质心，选用2000年1月1日UTC 12:00为标准历元的经过该瞬时的岁差和章动改正后的北天极和春分点分别确定Z轴和X轴，Y轴可由右手螺旋定则确定。 3.2.3. 向量（Vector） Sun Vector：太阳向量，以卫星为顶点，指向太阳的向量。 Moon Vector：月球向量，以卫星为顶点，指向月球的向量。 Nadir(Centric) Vector：中心天底向量，以卫星为顶点，指向地球地心的向量。 Velocity Vector：速度向量，即卫星的飞行速度向量，仅当卫星轨道为正圆轨道时，飞行速度矢量与本体坐标系中的OX轴重合。 3.2.4. 平面（Plane） Body.XY Plane：本体XY平面，顾名思义，以卫星本体坐标系的X、Y轴所形成的的平面，其中+X轴指向飞行方向，+Y轴在卫星纵对称面内垂直于X轴，沿飞行方向指向右。 3.3. 自定义矢量展示自定义矢量的方式有两个，一种是通过菜单栏Analysis->Analysis Workbench菜单，通过在左侧选择不同对象，然后点击中部的不同矢量类型的图标按钮，即可新建一个所选对象的矢量；另一种方式则是在主页面左侧对象浏览器中，双击一个对象进入其属性页面，往下选择Vector属性，即可对所选对象进行新增不同类型的矢量。 由于本部分内容未涉及自定义矢量的删除和导入导出操作，同时为了方便内容阐述及页面操作，以下矢量的新建及展示，均通过第二种方式进行。 3.3.1. 向量（Vectors）向量矢量，通过设置原始点和目标点，由原始点指向目标点所形成的射线，即为所选对象的向量矢量。 在卫星的Vector属性页面，切换至Vectors标签页，点击Add按钮，在弹出的Add Components页面中，再点击中部的向量图标按钮，弹出向量组件添加对话框，展示如下。 按照如下设置，可新建一个卫星中心点指向北京地面站中心点的矢量，3D视图中展示效果如下。123Name: SateToFac_VectorOrigin Point: Satellite2 CenterDestination Point: Beijing_Station Center 再按照如下设置，新建一个卫星中心指向太阳中心点的矢量，3D视图中展示效果如下。123Name: SateToSun_VectorOrigin Point: Satellite2 CenterDestination Point: Sun Center 自此，咱们已经在场景中基于Satellite1卫星自定义了两个矢量向量，由卫星中心点分别指向太阳中心点和地面站中心点。 3.3.2. 角度（Angles）假设现在想要计算和查看由上述两条矢量向量组成的矢量夹角，其操作步骤说明如下。 在卫星的Vector属性页面，切换至Vectors标签页，点击Add按钮，再点击页面中部的角度图标按钮，弹出的对话框展示如下。 按照如下设置，选择上述新增的两条向量矢量，再为矢量夹角自定义名称，点击Apply按钮，即可在3D视图中展示，效果如下，若要实时展示角度值，只需在角度矢量列表选中角度矢量后，勾选右侧的Show angle value选项即可。123Name: Sun_Sate_Fac_AngleFrom Vector: Satellite2 SateToSun_VectorTo Vector: Satellite2 SateToFac_Vector 通过新建一个3D Attitude Graphics Window页面，可避免星空背景、地球等其他对象的显示干扰，沉浸式的观察太阳_卫星_地面站矢量夹角变化情况。 如果要将上述创建的矢量夹角导出为文本/图形报告时，则可以通过Analysis->Report & Graph Manager菜单，进入报告管理页面，自定义一个文本/图形报告，报告的字段格式选择Angle节点下的Sun_Sate_Fac_Angle（因个人自定义名称而不同），最后再进行生成报告。 针对太阳_卫星_地面站矢量夹角与时间的关系及变化趋势，生成的文本报告和图形报告展示如下。 |
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