Satellite Communications Toolbox
satelliteScenario 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.
Геодезическая система использует координаты (lat, lon, h), чтобы представлять положение относительно опорного эллипсоида. Все геодезические координаты в спутниковом сценарии используют WGS 84 в качестве опорного эллипсоида. Координатный источник WGS 84 расположен 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 нулевом меридиане. А именно, долгота точки является углом, который плоскость, содержащая центр эллипсоида и меридиан, содержащий ту точку, делает с плоскостью, содержащей центр эллипсоида и нулевой 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.
Система Сосредоточенного землей зафиксированного землей (ECEF) использует Декартовы координаты (X, Y, Z), чтобы представлять положение относительно центра опорного эллипсоида. Расстояние между центром эллипсоида и центром Земли зависит от опорного эллипсоида. Спутниковый сценарий использует опорный эллипсоид WGS 84, центр которого совпадает с центром массы Земли.
Положительная Ось X пересекает поверхность эллипсоида в широте на 0 ° и долготе на 0 °, где экватор соответствует нулевому 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 °.
[1]
Чтобы описать точку в пространстве, 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, которое изменяется в зависимости от времени из-за прецессии и нутации оси вращения Земли. Когда орбитальные элементы используются, чтобы добавить спутники в спутниковый сценарий, они приняты, чтобы быть заданными в геоцентрической астрономической 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 NED использует Декартовы координаты (xСевер, yВосток, zВниз), чтобы представлять положение относительно локального источника. Локальный источник описан геодезическими координатами (lat0, lon0, h0). Как правило, локальный источник системы NED выше поверхности Земли.
Положительная ось xСевера указывает север вдоль меридиана долготы, содержащей lon0.
Положительная ось yВостока указывает восток вдоль параллели, содержащей lat0.
Положительная ось zВниз 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, но к точке на поверхности эллипсоида WGS 84, соответствующего широте и долготе спутника.
Три линии пробегают спутник и пересекаются под прямым углом в центре массы спутника. Эти оси фиксируются относительно спутника и используются, чтобы задать ориентацию спутника относительно системы координат NED. Ориентация задана вращениями в следующей последовательности:
Вращение вокруг оси yaw углом рыскания.
Вращение вокруг оси pitch углом тангажа.
Вращение вокруг оси roll креном.
Рыскание, тангаж и крен 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.
Система AER использует сферические координаты (азимут, элевация, 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, система NED) с источником, сосредоточенным в центре массы спутника.
азимут является азимутом, который является по часовой стрелке угол в (xEast) (yNorth) - плоскость от положительной yNorth-оси до проекции объекта в плоскость.
элевация 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.
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 удлинение 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, в области значений [0,180]. Поскольку центр Земли должен всегда быть в орбитальной плоскости, точка в орбите, куда спутник передает экватор, продвигающийся движущийся на север через орбиту, является возрастающим узлом, и точкой, куда спутник передает экватор, продвигающийся вниз движущийся на юг, 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 в области значений [0,360).
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, в области значений [0,360).
satellite Satellite Communications Toolbox функция принимает, что файл TLE как возможный вход инициализирует спутник. Чтобы загрузить файлы TLE, смотрите веб-сайт дорожки Пробела.
Набор TLE является форматом данных, кодирующим список орбитальных элементов Наземного объекта перемещений по кругу для данного момента времени, эпоха. Орбитальные параметры элемента могут быть закодированы как текст во множестве форматов. Наиболее распространенный формат является форматом TLE НАСА/NORAD. 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 | Номер спутника | 25544 |
| 8 | Классификация Elset | U |
| 10 — 17 | Международное обозначение | 98067A |
| 19 — 32 | Набор элементов эпохи (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 Коэффициент торможения. | 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 | Номер спутника | 25544 |
| 9 — 16 | Наклон [градусы] | 51.6335 |
| 18 — 25 | Долгота восходящего узла [градусы] | 344.7760 |
| 27 — 33 | Эксцентриситет (число начинается с десятичного разделителя) | 0007976 |
| 35 — 42 | Аргумент перигея [градусы] | 126.2523 |
| 44 — 51 | Средняя аномалия [градусы] | 325.9359 |
| 53 — 63 | Частота обращения [Виток в день] | 15.70406856 |
| 64 — 68 | Номер витка на момент эпохи [обороты] | 32890 |
| 69 | Контрольная сумма (по модулю 10) | 6 |
В зависимости от приложения и объектной орбиты, данные, выведенные из TLE, более старых, чем 30 дней, могут стать ненадежными. Орбитальные положения могут быть вычислены из TLE при помощи SGP4 и алгоритмов SDP4.
[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/.
[1] Выравнивание контуров и меток области является представлением функции, обеспеченной по условию поставщики, и не подразумевает подтверждение MathWorks®.
