STK中的姿态设置与应用 - 图文

STK中的姿态设置与矢量几何工具

北京天问空间科技有限公司

二〇一四年四月

前言

本课程的主要内容

一、姿态设置

二、矢量几何工具

一、姿态设置

一、姿态设置

1、标准（Standard）模式

2、实时（Real Time）模式3、多段（Multi Segment）模式

一、姿态设置

1、标准（Standard）模式

1）基本（Basic）类型

2）目标指向（Target Pointing）类型3）预置姿态文件（Precomputed）类型

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1

一、姿态设置

）基本（Basic）类型——STK预定义姿态类型

1）Nadir alignment with ECI velocity constraint

Z轴指向天底，X轴由惯性速度方向约束（在天底方向与惯性速度方向确定的平面内）。

1一、姿态设置

2）Nadir alignment with ECF velocity constraint

Z轴指向天底，X轴由固连速度方向约束（在天底方向与固连速度方向确定的平面内）。

一、姿态设置

3）Nadir alignment with orbit normal constraint

Z轴指向天底，X轴由轨道面法向约束（在天底方向与轨道面法向确定的平面内）。

一、姿态设置

4）Nadir alignment with Sun constraint

Z轴指向天底，X轴由太阳方向约束（在天底方向与太阳方向确定的平面内）。

一、姿态设置

5）ECF velocity alignment with radial constraint

X轴指向固连速度方向，Z轴由天顶方向约束（在固连方向与天顶方向确定的平面内）。

一、姿态设置

6）ECF velocity alignment with nadir constraint

X轴指向固连速度方向，Z轴由天底方向约束（在固连方向与天底方向确定的平面内）。

一、姿态设置

7）ECI velocity alignment with nadir constraint

X轴指向惯性速度方向，Z轴由天底方向约束（在惯性速度方向与天底方向确定的平面内）。

一、姿态设置

8）ECI velocity alignment with Sun constraint

X轴指向惯性速度方向，Z轴由太阳方向约束（在惯性速度方向与太阳方向确定的平面内）。

一、姿态设置

9）Sun alignment with nadir constraint

X轴指向太阳方向，Z轴由天底方向约束（在太阳方向与天底方向确定的平面内）。

一、姿态设置

10）Sun alignment with ecliptic normal constraint

X轴指向太阳方向，Z轴由黄道面法向约束（在太阳方向与黄道面法向确定的平面内）。

一、姿态设置

11）Sun alignment with ECI Z axis constraintSun

X轴指向太阳方向，Z轴由地心惯性系Z轴方向约束（在太阳方向与地心惯性系Z轴方向确定的平面内）。

一、姿态设置

12）Sun alignment with Z in orbit planeX轴指向太阳方向，Z轴在轨道面内。

一、姿态设置

13）Inertially fixed惯性姿态保持。

一、姿态设置

14）Spinning自旋。

一、姿态设置

15）Spin about nadir自旋轴指向天底。

一、姿态设置

16）Spin about Sun vector自旋轴指向太阳方向。

一、姿态设置

17）Precessing spin进动自旋。

一、姿态设置

18）Fixed in Axes与给定坐标系固连。

一、姿态设置

19）Aligned and Constrained自定义指向方向与约束方向。

一、姿态设置

1、标准（Standard）模式

1）基本（Basic）类型

2）目标指向（Target Pointing）类型3）预置姿态文件（Precomputed）类型

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1

一、姿态设置

2）目标指向（Target Pointing）类型

1）指定指向的目标体

一、姿态设置

2）目标指向（Target Pointing）类型

2）设置指向轴、设置约束轴和约束方向

一、姿态设置

2）目标指向（Target Pointing）类型

3）设置基本姿态和指向姿态的切换时间

一、姿态设置

2）目标指向（Target Pointing）类型

4）设置指向姿态的时间段

一、姿态设置

2）目标指向（Target Pointing）类型

一、姿态设置

1、标准（Standard）模式

1）基本（Basic）类型

2）目标指向（Target Pointing）类型3）预置姿态文件（Precomputed）类型

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1

一、姿态设置

3）预置姿态文件（Precomputed）类型

可实现各类特殊姿态的设置，很重要。

一、姿态设置

3）预置姿态文件（Precomputed）类型

stk.v.8.0

BEGIN Attitude

NumberOfAttitudePoints 100

ScenarioEpoch 1 Jul 2007 12:00:00.000000000BlockingFactor 20InterpolationOrder 1CentralBody Earth

CoordinateSystem Custom HaiNan_axis Facility/HaiNan_PointSequence 321AttitudeTimeEulerAngles

0.0000 0.000 0.000 0.0005.0000 -5.000 0.000 0.000…..

500.0000 -90.000 0.000 0.000END Attitude

数据类型

数据

关键字

一、姿态设置

关键字

stk.v.10.0BEGINAttitudeENDAttitudeScenarioEpochCentralBodyCoordinateAxesCoordinateAxesEpochInterpolationMethodInterpolationOrder

版本号开始标志结束标志

指定姿态数据历元指定中心天体指定坐标系指定坐标系历元插值方法

插值阶数

读取的最大姿态数据时间点数

适应高动态数据

指定加载新数据时预留的内存

指定时间格式指定坐标旋转顺序

在基本姿态上叠加姿态变化

必须必须必须

可选，缺省值是场景历元可选，缺省值是地球可选，缺省值是ICRF坐标系坐标系需要指定历元时必选可选，缺省拉格朗日插值可选，缺省值是1

NumberOfAttitudePointsAttitudeDeviations RapidBlockingFactorTimeFormatSequenceFileDisposition

必须可选可选可选

需要指定时必须可选，唯一值AddTo

一、姿态设置

数据类型

1）AttitudeTimeEulerAngles（欧拉角）

参考坐标系绕旋转过程中的“当前轴”转动至体坐标系。2）AttitudeTimeYPRAngles （YPR角）

参考坐标系绕原参考坐标系轴转动至体坐标系。3）AttitudeTimeECIVector（地心惯性系单位矢量）

体坐标系X轴指向单位矢量方向，Z轴由天底方向约束。4）AttitudeTimeECFVector（地心固连系单位矢量）

体坐标系X轴指向单位矢量方向，Z轴由天底方向约束。

5）AttitudeTimeQuaternions （四元数—第四位是标量分量）6）AttitudeTimeQuatScalarFirst （四元数—第一位是标量分量）7）AttitudeTimeQuatAngVels （四元数和角速度）

8）AttitudeTimeDCM（方向余弦阵）

一、姿态设置

数据区

1）AttitudeTimeEulerAngles（欧拉角）

采用这种数据类型时，之前须指定关键字Sequence的取值。

Sequence有12种取值：121, 123, 131, 132, 212, 213, 231, 232, 312, 313, 321，323，其中1、2、3分别与X、Y、Z轴对应，缺省为313 。例如，213对应旋转次序为依次绕Y、X、Z旋转，旋转角度值分别为数据区中的2、3、4列。

Sequence 213AttitudeTimeEulerAngles

TY（2）X（1）Z（3）0.0000 0.000 0.000 0.0005.0000 30.000 0.000 0.00010.0000 60.000 0.000 0.00015.0000 90.000 0.000 0.00020.0000 120.000 0.000 0.00025.0000 150.000 0.000 0.000

一、姿态设置

数据区

2）AttitudeTimeYPRAngles （YPR角）

采用这种数据类型时，之前同样须指定关键字Sequence的取值。

Sequence同样有6种取值：RPY，RYP，PYR，PRY，YRP，YPR，其中R（Roll）、Y（Yaw）、P（Pitch）分别与X、Y、Z轴对应，缺省为YPR。与欧拉角不同在于，数据区中的数据列顺序固定为绕Z、Y、X轴旋转的角度。

Sequence PRYAttitudeTimeEulerAngles

TZ（Y）Y（P）X（R）0.0000 0.000 0.000 0.0005.0000 30.000 0.000 0.00010.0000 60.000 0.000 0.00015.0000 90.000 0.000 0.00020.0000 120.000 0.000 0.00025.0000 150.000 0.000 0.000

一、姿态设置

例子：采用读入姿态文件的方式，建立飞船返回调姿过程

1）生成飞船返回调姿过程姿态数据（Attitude_AddTo.a）

2）选择飞船姿态为标准模式中，读入外部预定义姿态文件的方式，并选择生成的姿态文件。

一、姿态设置

2、实时（Real Time）模式

用于外部连接数据驱动

3、多段（Multi Segment）模式

按照时间分段，每一段依然是标准模式中的姿态设置

二、矢量几何工具

二、矢量几何工具

创建矢量

1）Angle Rate（角度变化率）

矢量垂直于定义角度的平面。须选定一个定义好的角度。2）Apoapsis （远地点）

矢量由天体中心指向远地点。须指定中心天体、参考点和轨道根数类型，其中轨道根数类型包括瞬时根数、Brouwer-Lyddane 平根和Kozai平根。3）Fixed at Epoch （参考矢量在给定历元时刻的指向）

矢量为给定历元时刻的参考矢量方向。须指定历元时刻和参考矢量。4）Coning（圆锥旋转）

指定参考矢量和旋转轴矢量，以及历元时间、起止角度、旋转速率和旋转模式，参考矢量绕

旋转轴矢量旋转。

二、矢量几何工具

5）Cross Product （矢量叉乘）

两个参考矢量叉乘得到的矢量。须指定两个参考矢量。6）Custom Script （自定义）

通过Matlab、VB等外部函数自定义相对于给定参考坐标系的几何量。7）Derivative （导数）

指定的参考坐标系中的参考矢量导数。须指定参考坐标系和参考矢量。8）Displacement （连线方式）

指定矢量起点和终点。9）Eccentricity （偏心率矢量）

矢量指向偏心率矢量方向（近地点方向）。须指定中心天体、参考点和轨道根数

类型。

二、矢量几何工具

10）Fixed in Axes （固连于坐标系）

固连于指定的参考坐标系，须指定参考坐标系和矢量在参考坐标系中的单位矢量坐标。

11）Force Model（受力方向）

矢量指向指定的受力方向，如中心引力方向、大气阻力方向等。

12）Intersection （平面交线）

矢量指向两平面的交线方向。

13）Line of Nodes （交点线）

中心天体惯性坐标系Z轴与航天器瞬时轨道面法向的叉乘。须指定中心天体、参考点和轨道根数类型。

14）Model Attachment （模型关联）

矢量指向与三维模型关联。

二、矢量几何工具

15）Orbit Ang Mom（轨道角动量）

矢量为轨道角动量矢量。须指定中心天体、航天器和轨道根数类型。

16）Orbit Normal （轨道面法向）

矢量为轨道面法向单位矢量。须指定参考坐标系和矢量在参考坐标系中的单位矢量坐标。

17）Periapsis （近地点方向）

矢量指向近地点方向。须指定中心天体、参考点和轨道根数类型。

18）Projection （投影）

参考矢量在参考平面上的投影。须指定参考矢量和参考平面。

19）Reflection （反射）

指定的入射矢量在指定的反射平面上的反射矢量。须指定入射矢量和反射平面，其中反射平面通过平面的法矢量确定。

二、矢量几何工具

20）Scaled （缩放）

缩放给定的参考矢量。

21）To Star （指向星体）

矢量指向已建立的某个星体。须指定事先建立好的星体。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gceo.html