STK姿态分析（一）矢量组件

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内容简介

接下来一系列文章将进行STK目标（卫星、导弹、火箭、飞机、船舶）姿态分析的仿真。本篇将使用矢量（vector）组件对卫星姿态、传感器指向等进行3D可视化。后续将对STK常见中心体（地球）坐标系、载体坐标系、姿态设置、矢量工具进行学习。

STK 插入目标后，其3D Graphics—vector属性中包含轴（Axes）、点（Points）、坐标系（Vector）、角度（Angles）和平面（Planes）组件，通过设置这些附加在目标上的组件，可以在视图中三维显示目标当前状态。

以卫星为例，对卫星运行中的实时速度矢量、载体坐标系、姿态球面、相对角度等进行显示。

一、卫星矢量

首先插入一颗Molniya轨道卫星，具体步骤可见STK 特定问题建模（一）判断对象可见性（存在约束），右键编辑其属性，打开在3D Graphics—vector—Vectors

左上角列表，展示出了默认可显示的与卫星相关的矢量，默认矢量含义如下：

以速度矢量为例，勾选中Velocity Vector，左下角向量显示大小（Scale）改为0.6，保存设置。右键卫星，选择Zoom to，在3D窗口中查看卫星的速度方向


通过播放画面，可以查看卫星实时速度矢量的指向变化。除了默认的Vector外，3D Graphics—vector—Vectors中点击Add，可以添加各种与卫星相关的矢量并进行展示。

例如，除了卫星相对于地球惯性坐标系下的速度方向外，在Add中找到Vector(CBF)，可以显示卫星相对于地球地固坐标系下的速度方向。

点击OK，查看3D视图，通过播放可以看到两个卫星速度矢量分离，反应了不同的参考坐标系间的区别。

进一步，勾选其他与卫星相关的矢量，结果如下：

白色矢量指向中心体（地球），绿色向量指向太阳，浅蓝色向量指向月亮。

此外，可以自定义矢量类型。在Add中点击Create New Vector图标，Type选择为Derivative，Reference Axes选择为Body，创建一个以卫星载体坐标为参考轴的速度矢量。

二、卫星坐标平面

在3D Graphics—vector—Planes中，勾选Body XY planes，即可显示卫星载体坐标系下的XY平面


以卫星为原点，在Add中点击Create New Plane图标，创建一个J2000坐标系下的XY平面，参考坐标系选择为卫星J2000

结果如下：

三、卫星姿态球面

接下来显示卫星姿态，在3D Graphics—attitude sphere中勾选show。Sphere Color和Grid line控制姿态球面的网格线的外观。Zero Deg Color 以及Zero Deg line用于突出显示赤道和本初子午线。Scale控制显示球体大小，Frame显示球面参考坐标系。Projections下的列表中勾选中心天体，即在球面上显示中心天体边缘的投影。

球面参考坐标系VVLH即：卫星速度水平轴，Z轴与卫星位置矢量相反，X 轴朝向惯性速度矢量，结果如下：

通过显示卫星姿态球面，可以更加方便地查看卫星的速度、位置以及姿态。比如要分析卫星相对于地球的速度，勾选Projections中earth的Volumn选项，可以验证当卫星位于远地点时，速度矢量（velocity与velocity CBF）与地球投影锥呈直角。

四、相对角度

接下来使用Angle组件查看向量之间的角度信息。在Add中，点击Create new angle，类型选择为between vectors，两个向量选择之前使用的地固系以及惯性系下的速度，查看两个速度矢量的相对角度。

选中show angle value，查看具体数值（23.76°）

更多仿真内容，可以关注公众号“STK建模”查看