基于STK的空间目标飞行可视化仿真

摘要

随着科技的发展，人类的航天活动日益增加。在空间目标飞行过程中会产生包括轨道、姿态等大量的数据，但这些数据采用传统方法很难得到有效的利用。空间目标飞行可视化仿真能对空间目标的飞行过程进行模拟，并以形象、逼真的二维三维图形图像显示出来，方便研究人员进行分析。
　　STK是美国AGI公司开发的卫星仿真工具包，广泛应用于航空航天领域，它具有强大的分析计算引擎及三维可视化引擎。本文主要针对空间目标飞行可视化进行了研究，利用STK提供的STKX组件，进行应用程序的二次开发，搭建了基于STK的可视化仿真软件平台，并集成了光学散射计算模块和天基光学监视演示系统模块，并对软件的整体仿真效果进行了演示。
　　本文的主要研究内容如下：
　　1、基于STK的可视化仿真软件平台的搭建。使用C＃语言搭建Winform图形用户界面，集成STKX组件来开发应用软件。接着，对软件的整体结构进行了介绍，整个软件结构可分为三部分：三维显示管理控制模块、STK对象管理模块及待集成模块。并分析了场景中主要对象的新建流程，重点对飞行器的模型切换和活动关节的控制进行了详细的论述。最后对场景控制功能及其他三维显示功能进行了说明，并列举了STK场景同步控制的方式。
　　2、集成光学散射计算模块。在这部分内容中对地心、弹体和发射坐标系等常用坐标系的定义进行了阐述，并研究了其相互间的转化公式。并对空间运动目标光学散射特性计算基础理论及卫星与空间目标的可见性分析进行了研究。进行了STSS星座的模拟，并将光学散射计算模块与软件平台进行了集成，分析了集成后该模块的执行流程，并详细论述了数据图表同步显示的原理。最后对集成效果进行场景演示，并进行了相关分析。
　　3、天基光学监视演示系统的集成。分析了确定卫星轨道的6个参数的作用，并据此在场景中添加了3颗卫星，确保实现空间目标飞行全程的跟踪监视。接着对该模块的3个主要功能：数据读取、STK场景建立及数据图表的显示与控制进行了说明。最后针对具体的图表显示的数据处理，对几种伪彩色编码方法进行了研究，对比了它们的彩色显示效果，并对算法进行了改进，取得了良好的彩色显示效果。

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第一章 绪论

1.1 空间目标飞行可视化的研究背景

1.2 空间目标飞行可视化的国内外研究现状

1.3 可视化仿真的研究意义

1.4 本论文的主要研究内容。

1.5 本论文的章节安排

第二章 STK软件介绍和相关技术

2.1 STK软件简介

2.2 STK的相关技术介绍

2.3 本章小结

第三章 基于STKX组件的空间目标可视化仿真软件平台

3.1 STKX组件

3.2 软件平台的整体结构

3.3 软件平台的场景控制

3.4 本章小结

第四章 光学散射计算模块

4.1 坐标系定义及坐标系转换

4.2 天基探测空间运动目标可见光散射特性计算

4.3 光学散射模块的集成

4.4 本章小结

第五章 演示场景模块

5.1 演示场景的建立

5.2 场景演示模块的总体结构

5.3 各模块的数据显示

5.4 整体场景演示效果

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 进一步研究与展望

参考文献

致谢

作者简介

1. 基本情况

2. 教育背景

3. 攻读硕士学位期间的研究成果