卫星场景关键概念- MATLAB和Simulink - 卡塔尔世界杯8强比赛直播

卫星场景关键概念

的卫星通信工具箱satelliteScenarioObject提供了在轨道上建模和可视化卫星、计算与地面站的访问以及可视化和分析通信链路的能力。本主题概述了在场景可视化中经常遇到的技术术语。

坐标系统

大地坐标

一个大地测量系统使用坐标(纬度，朗，h)表示相对于参考椭球体的位置。卫星场景中的所有大地坐标都使用1984年世界大地系统(WGS 84)作为参考椭球体。WGS 84的坐标原点位于地球的质心。

纬度是纬度，它起源于赤道。更具体地说，一点的纬度是该点的椭球与包含椭球的中心和赤道的赤道平面的法角。纬度角在[-90°，90°]的范围内。正纬度对应北方，负纬度对应南方。
朗是经度，起源于本初子午线。更具体地说，一点的经度是包含椭球圆心的平面和包含该点的子午线与包含椭球圆心的平面和本初子午线的夹角。正经度是从北极上方的有利位置以逆时针方向测量的。通常，经度在[-180°，180°]或[0°，360°]的范围内。
h是椭球高度，它是沿着参考椭球的法线测量的。

地球地球定点坐标

一个地中固地(ECEF)系统使用笛卡尔坐标(X，Y，Z)表示相对于参考椭球体中心的位置。椭球体中心到地球中心的距离取决于参考椭球体。卫星场景使用WGS 84参考椭球体，它的中心与地球的质心重合。

ECEF系统坐标的表示

积极的X在纬度0°和经度0°处，赤道与本初子午线相交。
积极的Y轴与椭球面相交于纬度0°和经度90°。
积极的Z轴与椭球面相交于纬度90°处。

参考坐标系和东北向下(NED)坐标系

要描述空间中的一个点，你需要一个不围绕恒星旋转的参照系。的地心天体参考系(GCRF)，原点在地心，向量正交我，J,K，用作添加时的参照系卫星对象satelliteScenario对象。基本平面是IJ这个平面与赤道紧密地对齐，由于地球旋转轴的进动和章动，偏移量很小，但偏移量随时间而变化。当您使用轨道元素向卫星场景添加卫星时，假定坐标在地心天体参考坐标系中定义。

GCRF系统坐标的表示

当你提到位置、速度、加速度、方向和角速度时，你必须提到表示这些量的坐标系。全局系统，如GCRF和大地系统，用三组坐标描述物体的位置。本地系统，如NED和方位仰角范围(AER)系统需要两个三联体坐标:一个三联体描述原点的位置，另一个三联体描述物体相对于原点的位置。

NED系统使用笛卡尔坐标(xNorth，酵母，zDown)表示相对于本地原点的位置。局部原点用大地坐标(lat0，lon0，h0)．典型的，内爆系统的局部起源是在地球表面以上。

积极的xNorth-轴沿经度子午线指向北方lon0．
积极的酵母-轴沿纬度的平行方向指向东方lat0．
积极的zDown-轴沿椭球法线向南。

NED坐标系通常用于指定相对于移动卫星的位置。在这种情况下，坐标不固定在卫星的框架上，而是固定在与卫星经纬度对应的WGS 84椭球表面上的点上。

横摇、俯仰和偏航

三条线穿过卫星，并在卫星质心处成直角相交。这些轴相对于卫星是固定的，并用于定义卫星相对于NED框架的方向。方向由以下顺序的旋转来定义:

旋转的偏航轴由偏航角
旋转的球场轴除以俯仰角
旋转的卷轴除以滚转角度

表示偏航，俯仰角和横摇角

当观察轴的正方向时，偏航、俯仰和滚转角具有正顺时针方向。除非另有说明，否则卫星通信工具箱默认为这些角度使用偏航-俯仰-滚转的旋转顺序。

Azimuth-Elevation-Range (AER)坐标

AER系统使用球坐标(阿兹，海拔高度，范围)表示相对于本地原点的位置。局部原点用大地坐标(lat0，lon0，h0)．方位角、仰角和倾斜距离取决于以卫星质心为原点的局部笛卡尔系统(例如，NED系统)。

阿兹为方位角，即(中的顺时针角)。xNorth）(酵母)-平面的正面酵母-轴为物体在平面上的投影。
海拔高度是仰角，也就是从xNorth）(酵母)到对象的平面。
范围为斜距，即物体与局部原点之间的欧氏距离。

AER坐标的表示

轨道要素

轨道元素是唯一识别特定轨道所需的参数。唯一地定义一个轨道和卫星在卫星轨道中的位置需要至少六个参数。其中三个参数描述了轨道平面的样子和卫星在椭圆中的位置。其他三个参数描述了该平面在天体惯性参考系中的定向以及卫星在该平面中的位置。这六个参数称为开普勒的元素或轨道要素．

轨道元素表示法

在这个图中轨道平面(黄色)相交参考面(灰色)。对于地球轨道卫星，参考平面通常是IJ-平面的GCRF。

这两个元素定义了椭圆的形状和大小:

离心率(e) -描述椭圆的形状与圆相比有多长。
半长轴(一个的总和近拱点而且最远点距离除以2。周距是一个绕轨道运行的物体最接近其所绕轨道运行的物体的质心的点。离地点是一个绕轨道运行的物体离它所绕轨道运行的物体质心最远的点。对于经典的两体轨道，半长轴是两个天体中心之间的距离。

这两个元素定义了椭圆嵌入的轨道平面的方向:

倾向(我的椭圆相对于参考平面的垂直倾斜度升交点．上升节点是轨道向上穿过参考平面(绿色角度)的位置我在图中)。倾斜角度垂直于轨道平面与参考平面的交点线测量。椭圆上的任何三个点都定义了椭圆轨道平面。
从赤道轨道开始，轨道平面可以向上倾斜。它从赤道向上倾斜的角度被称为倾角，我，范围为[0,180]。因为地球的中心必须总是在轨道平面上，所以卫星在轨道上向北移动时经过赤道的点是上升节点，卫星向南移动时经过赤道的点是上升节点下行节点．在赤道上画一条穿过这两点的线定义了线的节点．
上升节点的赤经(Ω) -相对于。椭圆上升节点的水平方向(轨道向上穿过参考平面)我-轴的参考系。上升节点(RAAN)的赤经旋转可以是0°到360°之间的任何数字。

剩下的两个要素是:

周尖参数(ω) -椭圆在轨道平面上的方向，作为从上升节点到周尖的角度，范围为[0,360)。
真正的异常(v) -在特定时间沿椭圆轨道运行的物体的位置。卫星在路径上的位置从绕尖处逆时针方向测量，称为真正的异常ν，在[0,360)的范围内。

两个线元素(TLE)文件

的卫星通信工具箱卫星函数接受TLE文件作为初始化卫星的可能输入。下载TLE文件，请参见空间跟踪的网站。

TLE集是一种数据格式，对给定时间点的地球轨道物体的轨道元素列表进行编码时代．轨道元素参数可以被编码为各种格式的文本。最常见的格式是美国国家航空航天局(NASA)或北美航空防务司令部(NORAD) TLE格式。在这种格式中，每个卫星有三行:第一行包含卫星的名称，接下来的两行是标准TLE。

如本例所示，每个卫星的数据由三行组成。

卫星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

第1行是一个11个字符的卫星名称。

第2行和第3行是标准的TLE集格式，与NORAD和NASA使用的格式相同。

该表描述第2行中的列。

列	描述	例子
1	行号	`1`
3 - 7	卫星数量	`25544`
8	Elset分类	`U`
- 17	国际指示器	`98067一个`
19-32	元素集纪元(UTC)	`04236.56031392`
34-43	平均运动对时间的一阶导数	`.00020137`
45-52	平均运动对时间的二阶导数(假定小数点)	`00000 - 0`
54 - 61	BSTAR阻力项	`16538 - 3`
63	元素集合类型	`0`
65 - 68	元素数量	`999`
69	校验和(取10模)	`3.`

该表描述第3行中的列。

列	描述	例子
1	元素数据的行号	`2`
3 - 7	卫星数量	`25544`
9到16	倾斜(度)	`51.6335`
年龄在18岁至25岁之间	上升节点的右经(以度数为单位)	`344.7760`
即	偏心率(假定前导小数点)	`0007976`
35-42	近地点距(以度为单位)	`126.2523`
44-51	平均异常(以度为单位)	`325.9359`
53 - 63	平均运动(以每天转数计)	`15.70406856`
64 - 68	历元转数(转)	`32890`
69	校验和(取10模)	`6`