MATLAB基于北斗的低轨卫星定轨技术研究(4)
2. 2 低轨卫星及其定轨方法
我们一般把距地面高度在500百公里以下的卫星轨道称为低轨道或低地球轨道(Low Earth Orbit 简写为LEO)，而在这类轨道上运行的卫星则被称为低轨卫星。低轨卫星在环境探测、重力场模型精华、移动通信等发面有着广泛的应用[9]。随着如今科学技术的高速发展，人们对探测数据的精度要求越来越高，故而对低轨卫星的运行轨道数据的精确度需求也随之提高。
卫星的动力学模型就是卫星在空间中的运动情况用数学模型来描述。而依据是否运用动力学模型来对卫星定轨，可以讲低轨卫星定轨的方法分为如下三种：运动学法、动力学法和简化动力学法[10]。
运动学方法是利用卫星导航系统的一种卫星定轨方法。该方法是直接利用星载的卫星导航系统的接收机，将其接收到的伪距和载波相位的观测值进行定位计算。由于定轨过程只需要卫星导航系统的观测数据，无需其他任何信息，故而计算过程较为简单。但是由于卫星导航系统内的卫星并非固定位置不变的，因为由于它位置改变而引起的观测数据的误差，会使对低轨卫星低轨的精度出现波动。
动力学法是利用卫星导航系统来定轨的一种传统方法。该方法是根据低轨卫星的动力学模型得到卫星的运动方程，再根据运动方程得到运动轨迹，之后加入噪声等因素的，再对轨道数据进行修正。此方法对所求卫星的动力学模型的精度要求较高，对其他观测数据要求较低。因此运用此方法所获得的定轨精度受卫星动力学模型的精确度影响较大。
简化动力学法是将以上两种方法进行联合，以减少以上两种方法中对结果起决定性作用的因素的影响力降低，以此提高精确度，较小误差。
在本实验中，我们选择的定轨方法是动力学法。
3 北斗卫星对低轨卫星的可见性研究
3. 1 Satellite Tool Kit（STK）卫星工具包
STK卫星工具包是一款应用在航天领域的商业分析软件。在航天探测研究中发挥着巨大的作用。STK可以对航天任务的全过程进行仿真模拟。它具有如下应用：设计、测试、发射、运行和任务。除了模拟航天任务过程外，STK还可以对航天器的引擎进行分析，经过运算后可得到计算数据，然后通过二文地图直观的显示出来。另外它还能对运载火箭、导弹、飞机、地面车辆等目标进行不同的标识并将其显示。STK的最主要的功能是产生所需对象的位置、速度、时间的信息以及遥感器的覆盖分析。另外，除了二文视图，STK还可以通过三文可视化模块将空间环境以三文视图向用户呈现。
3. 2 利用STK得到北斗卫星对低轨卫星的可见性
3. 2. 1 STK中北斗卫星系统及低轨卫星轨道的模拟
此次对北斗卫星及目标低轨卫星的运行状态，即时间、速度、位置等，由STK仿真得到。仿真中，卫星轨道的确定通过对卫星设定的吹冰个参数来获得。这吹冰个参数为半长轴、偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角和平近点角[11]。获得卫星轨道后，可以根据目标低轨卫星的轨道，得到北斗卫星系统中每个卫星对目标低轨卫星的可视情况，从而可以选出，在之后实验中所需要的在某端时间中，所选取的卫星的位置和其对目标低轨卫星的观测值。
如下图2.1即为整个过程的仿真流程图：
图2. 1 北斗卫星STK仿真流程图
利用Orbit Wizard窗口，可以生成轨道，如果想要得到特定情况下需要的轨道，则需要在如下图2.2所示的Property Pages窗口中，依据给定卫星的轨道参数进行相关设置创建卫星。