Спутниковые ключевые Концепции сценария

Aerospace Toolbox обеспечивает способность смоделировать и визуализировать спутники в орбите, вычислить доступ с наземными станциями, визуализировать и анализировать линии связи с помощью satelliteScenario объект. Эта тема предоставляет обзор технических терминов, с которыми часто сталкиваются в визуализации сценария.

Системы координат

Геодезические координаты

Геодезическая система использует координаты (lat, lon, h), чтобы представлять положение относительно ссылочного эллипсоида. Все геодезические координаты в спутниковом сценарии используют эллипсоид WGS84 в качестве ссылочного эллипсоида. Координатный источник WGS 84 предназначается, чтобы быть расположенным в центре Земли массы.

  • lat, широта, происходит на экватор. А именно, широта точки является углом, который нормальное к эллипсоиду в той точке делает с экваториальной плоскостью, которая содержит центр и экватор эллипсоида. Угол широты - в области значений [-90 °, 90 °]. Положительные широты соответствуют северным и отрицательным широтам, соответствуют югу.

    Geodetic latitude

  • lon, долгота, происходит в главном меридиане. А именно, долгота точки является углом, который плоскость, содержащая центр эллипсоида и меридиан, содержащий ту точку, делает с плоскостью, содержащей центр эллипсоида и главный меридиан. Положительные долготы измеряются в направлении против часовой стрелки от точки наблюдения над Северным полюсом. Как правило, долгота - в области значений [-180 °, 180 °] или [0 °, 360 °].

    Geodetic longitude

  • h, эллипсоидальная высота, измеряется вдоль нормального из опорного сфероида.

    Geodetic ellipsoidal height

Сосредоточенные землей зафиксированные землей координаты

Система Сосредоточенного землей зафиксированного землей (ECEF) использует Декартовы координаты (X, Y, Z), чтобы представлять положение относительно центра ссылочного эллипсоида. Расстояние между центром эллипсоида и центром Земли зависит от ссылочного эллипсоида.

  • Положительная Ось X пересекает поверхность эллипсоида в широте на 0 ° и долготе на 0 °, где экватор соответствует главному меридиану.

  • Положительная Ось Y пересекает поверхность эллипсоида в широте на 0 ° и долготе на 90 °.

  • Положительная ось Z пересекает поверхность эллипсоида в широте на 90 ° и долготе на 0 °, Северном полюсе.

[1]

Earth-centered Earth-fixed system

Система отсчета и система координат Северо-востока вниз (NED)

Чтобы описать точку на пробеле, вам нужна система отсчета, которая не вращается относительно звезд. Geocentric Celestial Reference Frame (GCRF), с источником в центральных и ортогональных векторах Земли I, J, и K, используется в качестве системы отсчета при добавлении satellite объекты к satelliteScenario. Основная плоскость является мной, J плоскость, которая практически выровнена с экватором с маленьким смещением, и K выравнивается тесно с Северным полюсом. Можно описать местоположение спутника с помощью радиус-вектора и вектора скорости в геоцентрическо-экваториальной системе координат.

Geocentric Celestial Reference Frame

При обращении к положению спутников, скорости, ускорению, ориентации и скорости вращения, должна всегда упоминаться система координат, в которой они описываются. Глобальные системы, такие как GCRF и геодезические системы описывают положение объекта с помощью триплета координат. Локальные системы, такие как NED и системы AER требуют двух триплетов координат: один триплет описывает местоположение источника, и другой триплет описывает местоположение объекта относительно источника.

Северо-восток вниз (NED) система использует Декартовы координаты (xNorth, дрожжи, zDown), чтобы представлять положение относительно локального источника. Локальный источник описан геодезическими координатами (lat0, lon0, h0). Как правило, локальный источник системы NED выше поверхности Земли.

  • Положительная xNorth-ось указывает север вдоль меридиана долготы, содержащей lon0.

  • Положительная ось дрожжей указывает восток вдоль параллели, содержащей lat0.

  • Положительная zDown-ось указывает вниз по нормали к эллипсоиду.

Система координат NED обычно используется, чтобы задать местоположение относительно движущегося спутника. Обратите внимание на то, что координаты не фиксируются к системе координат спутника.

Прокрутитесь, сделайте подачу, и рыскание

Три линии пробегают спутник и пересекаются под прямым углом в центре спутника массы. Эти оси перемещаются со спутником и вращаются относительно Земли наряду с ремеслом.

  • Вращение вокруг оси грудь-спина называется roll.

  • Вращение вокруг оси от одной стороны к другой называется pitch.

  • Вращение вокруг вертикальной оси называется yaw.

Roll, pitch, and yaw

Рыскание, тангаж и углы вращения спутников следуют соглашению ISO. Эти углы имеют положительные направления по часовой стрелке при взгляде в положительном направлении осей. Если в противном случае не задано, Aerospace Toolbox по умолчанию использует порядок вращения крена тангажа рыскания для этих углов.

Координаты области значений вертикального изменения азимута

Система области значений вертикального изменения азимута (AER) использует сферические координаты (азимут, подъемник, область значений), чтобы представлять положение относительно локального источника. Локальный источник описан геодезическими координатами (lat0, lon0, h0). Азимут, вертикальное изменение и наклонная область значений зависят от локальной Декартовой системы, например, системы NED.

  • азимут, азимут, по часовой стрелке угол в плоскости xEast-yNorth от положительной yNorth-оси до проекции объекта в плоскость.

  • подъемник, вертикальное изменение, является углом от плоскости xEast-yNorth до объекта.

  • расположитесь, наклонная область значений, Евклидово расстояние между объектом и локальным источником.

azimuth-elevation-range coordinates

Орбитальные элементы

Орбитальными элементами являются параметры, требуемые однозначно определять определенную орбиту. Требуется по крайней мере шесть параметров, чтобы исключительно задать орбиту и положение спутника в орбите. Три из параметров описывают то, на что орбитальная плоскость похожа и положение спутника в эллипсе, и другие три параметра описывают, как та плоскость ориентирована в астрономической инерционной системе координат и где спутник находится в той плоскости. Эти шесть параметров называются Кеплеровскими элементами или орбитальными элементами.

orbital elements

В этой схеме (желтый) orbital plane пересекает (серый) reference plane. Для Вращающихся вокруг земли спутников базовая плоскость обычно является плоскостью I-J Геоцентрической астрономической системы координат (GCRF).

Два элемента задают форму и размер эллипса:

  • Эксцентриситет (e) — Форма эллипса, описывая, как удлиненный это сравнивается с кругом.

  • Полуглавная ось (a) — Сумма periapsis и расстояний apoapsis, разделенных на два. Периапсида является точкой, в которой орбитальный объект является самым близким к центру массы тела, вокруг которого это вращается. Апоапсида является точкой, в которой орбитальный объект дальше всего вдали от центра массы тела, вокруг которого это вращается. Для классических орбит 2D тела полуглавная ось является расстоянием между центрами тел.

Следующие два элемента задают ориентацию орбитальной плоскости, в которую встраивается эллипс:

  • Наклон (i) — Вертикальный наклон эллипса относительно базовой плоскости, измеренной в ascending node (куда орбита передает вверх через базовую плоскость, зеленый угол i в схеме). Угол наклона измеряется перпендикуляр к линии пересечения между орбитальной плоскостью и базовой плоскостью. Любые три точки на эллипсе зададут эллипс орбитальная плоскость.

    Начиная с экваториальной орбиты орбитальная плоскость может быть наклонена. Угол, наклоненный от экватора, упоминается как наклонный угол, i. Поскольку центр земли должен всегда быть в орбитальной плоскости, точка в орбите, куда спутник передает экватор, продвигающийся, упоминается как возрастающий узел, и точкой, куда спутник передает экватор пути вниз, является descending node. Чертить линию через эти две точки на экваторе - то, что задает линию узлов.

  • Правильный подъем возрастающего узла (Ω) — Горизонтальная ориентация возрастающего узла эллипса (куда орбита передает вверх через базовую плоскость) относительно I осей системы координат.

    Вращение правильного подъема возрастающего узла (RAAN) может быть любым номером между 0 и 360 °.

Остающиеся два элемента следующие:

  • Аргумент периапсиды (ω) — Ориентация эллипса в орбитальной плоскости, как угол, измеренный от возрастающего узла до периапсиды.

  • Истинная Аномалия (v) — Положение орбитального тела вдоль эллипса в определенное время. Положение спутников на пути измеряется против часовой стрелки от периапсиды и называется истинной аномалией, ν.

Файлы Два линейных элемента (TLE)

Aerospace Toolbox принимает файлы Two Line Element (TLE) как входные параметры к satellite. Чтобы загрузить файлы TLE, посетите веб-сайт дорожки Пробела.

Набор 2D линейного элемента является форматом данных, кодирующим список орбитальных элементов Наземного объекта двиганий по кругу для данного момента времени, эпоха. Орбитальные параметры элементов могут быть закодированы как текст во многих форматах. Наиболее распространенным из них является формат "2D линейных элементов" НАСА/NORAD. Как обычно используется сегодня, каждый спутник получает три линии – одна линия, содержащая имя спутника, сопровождаемое стандартными двумя линиями элементов.

Данные для каждого спутника состоят из трех линий.

Satellite 1
1 25544U 98067A   04236.56031392  .00020137  00000-0  16538-3 0  9993
2 25544  51.6335 344.7760 0007976 126.2523 325.9359 15.70406856328906

  • Линия 1 является спутниковым именем с одиннадцатью символами.

  • Линия 2 и 3 является стандартным форматом набора 2D Линейного элемента, идентичным используемому NORAD и НАСА.

    СтолбецОписаниеПример
    1

    Номер строки

    1
    3 — 7

    Спутниковый номер

    25544
    8

    Классификация Elset

    U
    10 — 17

    Международный указатель

    98067A
    19 — 32

    Эпоха набора элемента (UTC)

    04236.56031392
    34 — 43

    Первая производная Среднего Движения относительно времени

    .00020137
    45 — 52

    Вторая производная Среднего Движения относительно Времени (принятая десятичная точка)

    00000-0
    54 — 61

    BSTAR перетаскивают термин.

    16538-3
    63

    Тип набора элемента

    0
    65 — 68

    Номер элемента

    999
    69

    Контрольная сумма (по модулю 10)

    3

    СтолбецОписаниеПримеры
    1

    Номер строки данных об элементе

    2
    3 — 7

    Спутниковый номер

    25544
    9 — 16

    Наклон [Степени]

    51.6335
    18 — 25

    Правильный подъем возрастающего узла [степени]

    344.7760
    27 — 33

    Эксцентриситет (Ведущий принятую десятичную точку)

    0007976
    35 — 42

    Аргумент перигея [степени]

    126.2523
    44 — 51

    Средняя аномалия [степени]

    325.9359
    53 — 63

    Среднее Движение [Версии в день]

    15.70406856
    64 — 68

    Номер оборота в эпоху [версии]

    32890
    69

    Контрольная сумма (по модулю 10)

    6

В зависимости от приложения и объектной орбиты, данные, выведенные из ТЕЛЕФОНОВ, более старых, чем 30 дней, могут стать ненадежными. Орбитальные положения могут быть вычислены от ТЕЛЕФОНОВ до SGP4 и алгоритмов SDP4.

Ссылки

[1] “HSF - Орбитальные Элементы”. Полученный доступ 30 ноября 2020. https://spaceflight.nasa.gov/realdata/elements/graphs.html.

[2] “CelesTrak: ‘Часто задаваемые вопросы: Формат Набора 2D линейного элемента”, 26 марта 2016. https://web.archive.org/web/20160326061740/http://celestrak.com/columns/v04n03/.

Смотрите также

Объекты

Функции

Похожие темы


[1]  Выравнивание контуров и меток области является представлением функции, обеспеченной по условию поставщики, и не подразумевает подтверждение MathWorks®.

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте