卫星场景关键概念- MATLAB和Simulink - MathWorks澳大利亚万博1manbetx

卫星场景关键概念

的卫星通信工具箱satelliteScenarioObject提供了模拟和可视化在轨卫星的能力，计算与地面站的访问，以及可视化和分析通信链路。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的位置。卫星场景中的所有大地坐标都使用1984年世界大地测量系统(WGS 84)作为参考椭球。WGS 84的坐标原点位于地球质心。

纬度是纬度，它起源于赤道。更具体地说，一点的纬度是该点与椭球的法线与赤道平面的夹角，赤道平面包含椭球的中心和赤道。纬度角在[-90°，90°]范围内。正纬度对应北方，负纬度对应南方。
朗是经度，它起源于本初子午线。更具体地说，一点的经度是包含椭球中心和该点的子午线的平面与包含椭球中心和本初子午线的平面之间的夹角。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°]范围内。
h是椭球高度，沿参考椭球的法线测量。

以地球为中心的地球固定坐标

一个地心固定地球(ECEF)系统使用笛卡尔坐标(X，Y，Z)表示相对于参考椭球中心的位置。椭球中心到地球中心的距离取决于参考椭球。卫星场景使用WGS 84参考椭球，其中心与地球质心重合。

ECEF系统坐标的表示

积极的X-轴在纬度0°和经度0°处与椭球表面相交，赤道与本初子午线相交。
积极的Y-轴与椭球表面在纬度0°和经度90°相交。
积极的Z-轴在90°纬度与椭球表面相交。

参考框架和东北下(NED)框架

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)，原点在地球中心，向量正交我，J,K，作为添加时的参照系卫星对象的satelliteScenario对象。基本平面是IJ-平面，它与赤道紧密对齐，由于地球旋转轴的进动和节动，偏移量随时间而变化。当您使用轨道元素向卫星场景中添加卫星时，假定坐标是在地心天体参考系中定义的。

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和大地测量系统，使用三组坐标来描述物体的位置。本地系统，如NED和方位角海拔范围(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。局部原点由大地坐标描述(lat0，lon0，h0)．典型地，NED系统的局部起源在地球表面之上。

积极的xNorth-轴点北沿子午线含经度lon0．
积极的酵母-轴点东沿平行纬度包含lat0．
积极的zDown-轴沿椭球法线指向南方。

NED坐标系统通常用于指定相对于移动卫星的位置。在这种情况下，坐标不是固定在卫星的框架上，而是对应于卫星的经纬度的WGS 84椭球表面上的点。

滚转，俯仰和偏航

三条线穿过一颗卫星，并在卫星的质心成直角相交。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定义:

旋转偏航轴由偏航角
旋转球场轴由俯仰角
旋转卷轴由滚转角度

偏航，俯仰和滚角的表示

偏航，俯仰，和滚角有积极的顺时针方向时，看着正方向的轴。除非另有说明，否则卫星通信工具箱默认情况下，为这些角度使用偏航-俯仰-滚转的旋转顺序。

方位-高度-距离坐标

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。局部原点由大地坐标描述(lat0，lon0，h0)．方位角、仰角和倾斜距离依赖于一个以卫星质心为中心的局部笛卡尔系统(例如NED系统)。

阿兹是方位角，即(xNorth）（酵母)-平面酵母-轴指向物体在平面上的投影。
海拔高度是仰角，也就是从(xNorth）（酵母)-平面到对象。
范围为倾斜距离，为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内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以及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情况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．

轨道元素的表示

在这个图中，轨道平面(黄色)与a相交参考面(灰色)。对于绕地球轨道运行的卫星，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(一个的和近拱点而且最远点距离除以2。近日点是一个绕轨道运行的物体最接近它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的质心最远的点。对于经典的双体轨道，半长轴是物体中心之间的距离。

这两个元素定义了椭圆嵌入的轨道平面的方向:

倾向(我) -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通过参考平面(绿色角度)的位置我在图中)。倾斜角度的测量垂直于轨道平面与参考平面的交点。椭圆上的任意三点定义椭圆轨道平面。
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]。由于地球的中心必须始终在轨道平面内，因此卫星在轨道上向北飞行时经过赤道的点是上升节点，卫星向南飞行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节点行．
上升节点的赤经(Ω) -椭圆上升节点的水平方向(轨道向上通过参考平面)相对于我坐标系的-轴。上升节点(RAAN)的赤经旋转可以是0°到360°之间的任意数。

其余两个要素是:

近凸角角(ω) -椭圆在轨道平面上的方向，在[0,360)范围内从上升节点到近凸角的角度测量。
真实异常(v) -绕轨道运行的物体在特定时间沿椭圆的位置。卫星在轨道上的位置从近日点开始逆时针方向测量，称为卫星近日点真正的异常， ν，范围为[0,360)。

两个行元素(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。要下载TLE文件，请参见空间跟踪的网站。

TLE集是一种数据格式，用于编码给定时间点的地球轨道物体的轨道元素列表时代．轨道元件参数可以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)或北美航空航天防御司令部(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的TLE。

每颗卫星的数据由三条线组成，如下例所示。

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

第一行是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。

该表描述了第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(假设有小数点)	`00000 - 0`
54 - 61	BSTAR拖动项	`16538 - 3`
63	元素集类型	`0`
65 - 68	元素数量	`999`
69	校验和(模10)	`3.`

该表描述了第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(度)	`51.6335`
年龄在18岁至25岁之间	上升节点的赤经(以度为单位)	`344.7760`
即	偏心率(假定前导小数点)	`0007976`
35-42	近地点角(度数)	`126.2523`
44-51	平均异常(度)	`325.9359`
53 - 63	平均运动(每天转数)	`15.70406856`
64 - 68	纪元转数(转)	`32890`
69	校验和(模10)	`6`