Спутниковые ключевые Концепции сценария
Можно использовать
satelliteScenario Satellite Communications Toolbox объект обеспечивает способность смоделировать и визуализировать спутники в орбите, вычислить доступ с наземными станциями, и визуализировать и анализировать линии связи. 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 массы Земли.
lat является широтой, которая 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 находится в области значений [-90 °, 90 °]. Положительные широты соответствуют северным и отрицательным широтам, соответствуют югу.
lon является долготой, которая 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 находится в области значений [-180 °, 180 °] или [0 °, 360 °].
h является эллипсоидальной высотой, которая измеряется вдоль нормального из опорного сфероида.
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 ° (Северный полюс).
[1]
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 центре Земли и ортогональных векторов I, J, и K, используется в качестве системы отсчета при добавлении Satellite объекты к satelliteScenario объект. Основная плоскость является IJ - 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.
При обращении к положению, скорости, ускорению, ориентации и скорости вращения, необходимо всегда упоминать систему координат, в которой описываются эти количества. Глобальные системы, такие как GCRF и геодезические системы описывают положение объекта с помощью триплета координат. Локальные системы, такие как NED и Azimuth Elevation Range (AER) системы требуют двух триплетов координат: один триплет описывает местоположение источника, и другой триплет описывает местоположение объекта относительно источника.
Система НЕДА 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 юг по нормали к эллипсоиду.
Система координат NED обычно используется, чтобы задать местоположение относительно движущегося спутника. В этом случае координаты не фиксируются к системе координат спутника.
Прокрутитесь, сделайте подачу, и рыскание
Три линии пробегают спутник и пересекаются под прямым углом в центре массы спутника. 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.
Рыскание, тангаж и углы вращения спутников следуют за International Organization for Standardization (ISO) соглашение. Эти углы имеют положительные направления по часовой стрелке при взгляде в положительном направлении осей. Если в противном случае не задано, по умолчанию Satellite Communications Toolbox использует порядок вращения крена тангажа рыскания для этих углов.
Координаты Области значений вертикального изменения азимута (AER)
Система 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 наклонные области значений зависят от локальной Декартовой системы (например, системы NED).
азимут является азимутом, который является по часовой стрелке угол в (xEast) (yNorth) - плоскость от положительной yNorth-оси до проекции объекта в плоскость.
подъемник является вертикальным изменением, которое является углом от (xEast) (yNorth) - плоскость к объекту.
область значений является наклонной областью значений, которая является Евклидовым расстоянием между объектом и локальным источником.
Орбитальные элементы
Орбитальными элементами являются параметры, требуемые однозначно определять определенную орбиту. Исключительно определение орбиты и положения спутника в спутниковой орбите требует по крайней мере шести параметров. Три из параметров описывают то, на что орбитальная плоскость похожа и положение спутника в эллипсе. Другие три параметра описывают, как та плоскость ориентирована в астрономической инерционной системе координат и местоположении спутника в той плоскости. Эти шесть параметров называются Keplerian elements или orbital elements.
В этой схеме (желтый) orbital plane пересекает (серый) reference plane. Для Вращающихся вокруг земли спутников базовая плоскость обычно является IJ - плоскость GCRF.
Эти 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.
Эти два элемента задают ориентацию орбитальной плоскости, в которую встраивается эллипс:
Наклон (i) — Вертикальный наклон эллипса относительно базовой плоскости, измеренной в ascending node. Возрастающий узел является местоположением, 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 задают эллипс орбитальная плоскость.
Начиная с экваториальной орбиты орбитальная плоскость может быть наклонена. Угол это наклоняется от экватора, упоминается как inclination angle, i. Поскольку центр Земли должен всегда быть в орбитальной плоскости, точка в орбите, куда спутник передает экватор, продвигающийся через орбиту, является возрастающим узлом, и точкой, куда спутник передает экватор пути вниз, является descending node. Чертить линию через эти две точки на экваторе задает line of nodes.
Правильный подъем возрастающего узла (Ω) — Горизонтальная ориентация возрастающего узла эллипса (куда орбита передает вверх через базовую плоскость) относительно I-оси системы координат.
Вращение правильного подъема возрастающего узла (RAAN) может быть любым номером между 0 и 360 °.
Остающиеся два элемента:
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 спутника на пути измеряется против часовой стрелки от периапсиды и называется true anomaly, ν.
Файлы Два линейных элемента (TLE)
satellite Satellite Communications Toolbox функция принимает файл TLE как вход. Чтобы загрузить файлы TLE, смотрите веб-сайт дорожки Пробела.
ТЕЛЕФОН установил, формат данных, кодирующий список орбитальных элементов Наземного объекта двиганий по кругу для данного момента времени, эпоха. Орбитальные параметры элемента могут быть закодированы как текст во множестве форматов. Наиболее распространенный формат является форматом NASA/NORAD TLE. В этом формате каждый спутник имеет три линии: первая линия содержит имя спутника, и следующие две линии являются стандартными двумя линиями элементов.
Данные для каждого спутника состоят из трех линий, когда этот пример показывает.
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 TLE, идентичным используемому NORAD и НАСА.
Столбец Описание Пример 1 Номер строки
1 3 — 7 Спутниковый номер
25544 8 Классификация Elset
U10 — 17 Международный указатель
98067A19 — 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 Эта таблица описывает столбцы в Линии 3.
Столбец Описание Примеры 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 с ТЕЛЕФОНОВ при помощи 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
- Мультискачкообразно переместите ссылку спутниковой связи между двумя наземными станциями
- Спутниковое созвездие доступ к наземной станции
- Сравнение распространителей орбиты
- Моделирование Спутниковых Созвездий с помощью Эфемеридных Данных
- Оцените положение приемника GNSS с симулированными спутниковыми созвездиями
- Модель, визуализируйте и анализируйте спутниковый сценарий
- Спутниковые основы сценария
[1] Выравнивание контуров и меток области является представлением функции, обеспеченной по условию поставщики, и не подразумевает подтверждение MathWorks®.