基于STK的卫星视景仿真软件的设计与实现

张欣光，刘芸，唐硕，许志

摘要：基于STK和sTK／Connect模块构建了卫星实时仿真系统框架。以VC++6．O为平台开发了卫星实时视景仿真软件，并详细给出了VC和STK集成、仿真数据的发送解析、仿真时间同步等关键技术的实现步骤。该软件利用UDP／IP协议接收数值仿真机广播的卫星仿真数据并进行解析，通过STK／Connect模块发送指令，实时驱动sTK进行二维和三维视景渲染，实现了卫星在轨运行状态的实时视景显示。
关键词：视景仿真；卫星；软件

0  引言

1 STK／Connect模块简介

STK／Connect模块利用客户机／服务器方式连接STK，为其他应用程序提供一条向STK引擎发送指令和接收返回数据的通信路径[3]。它允许打开TCP／IP到STK的接口，发送STK／Connect指令，接收STK返回数据，并在完成后关闭连接。STK／Connect还提供了自定义消息功能，允许用户以自定义的方式输出错误和诊断信息。用户在使用STK／Connect模块时，只需提供连接名和端口 就可以和STK进行通信。STK／Connect模块与用户程序连接如图1所示。

针对数值仿真与STK视景仿真在时间同步上的严格要求，仿真系统采用3连机同时工作的方式。上位机装有RT_LAB实时仿真软件，负责模型的建立、数值仿真的管理与控制；下位机装有QNX实时操作系统，负责仿真计算，并进行前端的数据处理来缓解仿真节点的压力和仿真结果的实时发送；视景仿真机接收下位机发来的数据并解析成STK指令，
通过STK／Connect模块驱动STK进行二维和三维实时视景显示。

3 视景仿真程序开发

3.1 仿真程序结构框架及流程

为实现软件开发的可扩展性和可重用性，采用面向对象的开发方式，将系统分为3个部分：数据处理、数据表现和仿真控制。软件结构如图3所示。仿真程序流程如图4所示。

3.2 仿真程序开发要点

卫星实时视景仿真软件的功能主要包括3个方面：①从 络上接收由下位机广播的卫星轨道机动和姿态调整等状态参数；②将卫星的状态参数解析成指令传递给STK，驱动STK运行并保证STK运行的实时性；③对数据接收和视景仿真过程进行控制。下面介绍程序开发过程中所用到的关键点。

3.2.1 STK场景的设置

为了加快视景仿真程序的启动速度，先建立一个STK场景，加入卫星模型，并保存到指定路径下。当运行仿真程序时，直接载入该场景，从而实现程序启动加速。为了实现实时仿真，需要将卫星Orbit属性中的Propagator选项和Attitude属性的值均设为Real Time。

3.2.2 VC和STK的集成

3.2.4 仿真时间同步的实现

视景仿真中的卫星状态参数必须与数值仿真输出的数据同步，才能实时显示卫星的飞行状态。STK提供了2种实时控制方式[6]：一种是“SetTime”方式，另一种是“X Real Time”方式。“SetTime”利用不断发送时间的方式来实时推进STK场景时间。在这种驱动方式下，STK的内部时钟不做任何推进，场景也不做任何刷新，除非外部的Connect命令更新它的时间。这意味着在相邻2次外部实时命令的时间间隔之内，STK场景是静止不动的，这样导致的结果是屏幕显示的动作不够平滑，场景中的对象从一个位置运动到另一个位置会出现闪烁；“X Real Time”方式是STK在每次连接更新之后不挂断场景的时间推进，而是根据设定的动画步长继续推进每个时间点的卫星位置、姿态等数据。“X Real Time”方式减少了外部控制指令的发送，可以最大限度保证画面的流畅。

4  结束语

参考文献

[1]闫晓东。唐硬．飞行视景仿真软件开发[c]／／中国航空学会第22届飞行力学与飞行试验学术交流会．成都，2006：541—54
[2]杨颖，王琦．sTK在计算机仿真中的应用[M]．北京：国防工业出版 ．2005：1—2
[3] 张云彬，张永生．sTK／C0nnect模块分析与应用[J]．测绘学院学 ，2001，18(9)：29—32
[4]李锼，陈立云，连云峰，等．基于STK的connect模块设计与应用[J]．科学技术与工程，2008，8(22)：6110一6112
[5]杜耀珂．基于STK的卫星实时视景仿真系统设计[J]．空间控制技术与应用。2009，35(2)：61—64

[6]余贤圣．STK在作战仿真中的应用研究[D]．北京：北京邮电大学，2007：57—58

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