MATLAB&STK构建卫星轨道姿态控制仿真演示系统

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1、MATLABkSTK构建卫星轨道姿态控制仿真演示系统杜耀珂郑科宇(上海航天控制【j翻研究所上海200233)摘要：通过在MATLAB中建立卫星的轨道运动和姿态动力学仿真模型就可以分析在不同的控制作用下，卫星的轨道和姿态的变化情况。这种方法可以得到具体的卫星轨道和姿态参数及其变化曲线，然而它却难以体现出卫星本体在空间中的实际变化情况，不能直观的显示控制作用对卫星的轨道和姿态的影响．本文结合STK对二维和三维图像的显示和处理特点，利用MATLAB得到的仿真数值，通过网络连接控制在STK中的显示效果。通过仿真分析实现了对卫星轨道和姿态的控制，并

2、且直观的反映了控制作用的效果。关键词：姿态控制；轨道控制；STK；MATLABSatelliteOrbitandAttitudeControlEmulationDemoSystemwithMATLAB＆STKDuYaokeZhengKeyu(ShanghaiAerospaceControlEngineeringInstitutg，Shanghai，200233，Chi雌)Abstract：Satellite’SorbitandattitudesimulationmodelcanbesetupwiththehelpofSimulinkinM

3、ATLAB，andthenthesatellite’Sorbitandattitudechangecanbeanalysedunderdifferentcontrolconditions．ThismethodCangetparametersandcurvesofthesatellite’Sorbitandattitude，however,ithasdifficultiesindescribingthesatellite’Sorbitandattitudechangesinouterspace．Thepaperusethesimulatio

4、nvalueofMATLAB，withthemeritofSTKin2Dand3Dgraphicdealingandmonitoring，controlthegraphicschangesinSTK．Thesimulationresultmeetsthecontroldemandsanddisplaysintuitionisticcontroleffect．Keywords：attitudecontrol；orbitcontrol；STK；MATLAB引言随着可视化技术在仿真中的广泛应用，对卫星的轨道和姿态控制仿真不仅要求仿真系统具有精确

5、的模型和实验结果，还要求真实再现航天任务的全过程，因此有必要建立一个视景仿真系统，给设计人员和决策者以更直观更形象的理解。MATLAB是一套功能非常强大的商业数学软件。它包含了数值计算、高级图形与可视化、高级语言编程等功能。从信号处理，语音处理，数据采集，数值运算，图像处理，到电子仿真，金融分析等等，几乎在各个工业领域，它都已经得到了广泛应用。由于MATLAB这些特点，在卫星的姿态和轨道控制领域的许多仿真分析都是在它的基础上建立起来的。但是如果仪仅利用MATLAB进行仿真，容易得到的是一些实验数据和物理量的变化曲线，不能在空fBJ环境中显

6、示卫星的运行状况，分析起来不够直观。STK(SatelliteToolKit)是由美国AnalyticalGraphics公司开发的卫星仿真工具包，是航天工业领先的商业化分析软件，它可以快速方便地分析复杂的陆、海、空、天任务，并提供易于理解的图表和文本形式的分析结果，用于43确定最佳解决方案。不但具有强大的数据仿真功能，还具有三维模型编辑和三维可视化模块(STK／VO)，可以为STK和其它附加模块提供逼真的三维视景显示功能。在STK中通过建立一定的场景并加入卫星的模型，通过设定该场景的参数，就能实现对卫星运行的二维和三维仿真视景。虽然它有

7、效的解决了三维视景显示问题，但是在卫星的运行过程中，如果需要对卫星实施变轨或者大角度姿态机动就需要将仿真停止，重新设定相关的参数，不能实现对整个视景系统的连续仿真运行。本文结合MATLAB和STK两个软件各自的优点，利用STK提供的与MATLAB的接口模块，通过在MATLAB处理相关数据并给STK发送相关的命令控制STK的运行，从而让视景仿真系统按照MATLAB程序预先的设定运行，大大增强了卫星轨道姿态控制视景仿真的灵活性和可操作性。1MATLAB与STK通信的实现MATLAB与STK的通信主要是通过两个模块，其中STK／Connect模

8、块提供了一种使用客户机／服务器端方式连接STK的快捷工作方式。STK／Connect设计用于给第三方的应用程序提供一个向STK引擎发送指令和接收数据的通信路径。STK／Connect允许打开M