哈工大《飞行器设计综合实验》卫星编队飞行设计及仿真实验

一、实验名称

卫星编队飞行设计及仿真实验

二、实验要求

本实验进行卫星编队飞行（Satellite Formation Flying）的仿真，卫星编队由一个主星和两个从星组成。主星采用圆轨道（Round Orbit），轨道的半长轴为7765km,轨道倾角为63.4度，要求卫星模型具有合适的大小。

三、实验步骤

1、双击桌面上的STK9图标，启动软件在弹出的warning窗口中，单击Continue Startup按钮，然后新建场景，单击Create a New Scenario；

2、设置场景的属性，在弹出的窗口中修改场景的名称name，同时设置仿真分析的起始时间为1 Jul 2007 12:00:00.000 UTCG和终止时间2 Jul 2007 12:00:00.000 UTCG，设置完成后点击ok按钮，然后我们即可在Object Browser（对象浏览器）中看到新建的场景Scenario1，如果自动跳出一个叫做“Insert STK Objects”的窗口，选折关闭；

3、在STK浏览窗口左侧，单击Satellite三次，这样在场景中就会生成三颗卫星；

4、在对象浏览器中选中satellite1，单击右键，在弹出的菜单中选折Rename，这样就可以修改卫星的名字，我们将这颗卫星命名为Main（主星）；

5、双击卫星Main，在弹出的对话框中，选中basic目录下的Orbit栏；

6、我们在设置数据前，先修改轨道数据的格式：单击数据方框右侧的图标，选中“Format....”按钮，然后将“Precision”选项框下的对勾去掉，点击oK；

7、然后我们按表一所给的轨道参数修改Main卫星的长半轴、偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近心点角距、真近点角等轨道参数值，设置完成后的结果如图一所示；

图一

选中3D Graphics项下的Model选项，拖动Log Scale选项条调整卫星模型至合适大小，建议调整值为1.8。单击OK按钮，就能生成相应轨道；

8、其他两颗卫星的轨道参数设置，可以仿照步骤6-7；

卫星

半长轴 Semi-major Axis(km)

偏心率 eccentricit

y

轨道倾角 inclination

升交点赤经RAAA （deg)

近地点角距 Argument of

perigee (deg)

真近点角

True Anomaly (deg)

Main 7765 0

63.4 0 0

0 Satellite2 7765.0001

0.000064 63.4 0.0071 179.9988 180 Satellite3

7765.0002

0.000064

63.4 359.996

59.9836

300.012

表一 三颗卫星的轨道参数

9、选中三维图像窗口，单击窗口上面的View From/To 按钮，他就会弹出对话框，在From Position

栏下选中Main ，在To position 栏下选中Satellite2，单击OK 按钮退出，完成设置；

10、单击动画播放按钮，调整至合适大小，即可观察到卫星在二维和三维窗口中的运动情况；

11、生成数据报告：①在对象浏览器中选中Satellite2，单击右键，选中Access....，在弹出的的对话框的Associated Objects 栏下，单击Main ，单击Compute 按钮，然后继续在Graphs 栏下单击ARE...按钮，就可以生成主星和第一颗卫星之间的距离随时间的变化曲线。②在对象浏览器中分别选中LEO ，单击右键，在弹出的菜单中选择“Report & Graph Manager …”选项，在弹出的窗口右侧，单击选中第二个Classical Orbit Elements 选项，单击“Generate …”按钮，生成三颗卫星运动过程中各参数的变化；

12、保存新建的场景，退出当前场景；

四、仿真结果分析

卫星编队飞行的动画仿真的图像如图二、图三所示：

图二 卫星编队三维飞行动画仿真

图三卫星编队二维飞行动画仿真

从图像可以看出三颗卫星处于伴飞的状态，即为编队飞行。

生成的主星与第一颗子星之间的距离随时间变化的曲线如图四所示：

根据曲线我们可以知道主星与第一颗卫星之间距离随时间的变化是发散的。