基于STK的GPS卫星可见性仿真分析

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1、16航天电子对抗第30卷第5期基于STK的GPS卫星可见性仿真分析王小静，王俊文(中国电子科技集团第三十八研究所，安徽合肥230088)摘要：GPS卫星在现代信息化战争中的作用日趋重要。针对GPS的观测应用需求，以目前在轨的31颗GPS卫星为研究对象，分析GPS卫星轨道的特征，研究GPS卫星对地面系统的可见性。结合STK和Matlab软件进行仿真分析，为地面GPS观测系统的天线波束宽度、波束个数设计提供参考。关键词：GPS卫星；可见性；卫星仿真工具包中图分类号：TN97：V324文献标识码：AAnalysisofVisibilitysimuIationofG

2、PSsateIlitesbasedonSTKWangXiaojing，WangJunwen(No．38ResearchInstituteofCETC，Hefei230088，Anhui，China)Abst髓ct：GPSsatelIitesbecomeincreasinglyimportantinthemoderninformationwar．Aimingatthere—quirementofGPSobservation，thecharacteristicofGPSsatellitesorbitsisanalyzed，andthevisib订ityofGPS

3、satellitestogroundsystembasedonthe3lGPSsatellitesinorbitisdiscussed．VisibilityissimulatedbySTKandMatlabsoftware，whichcanbeusedasreferenceforthedesignofantennabeamwidthandbeamnumberofgroundobservationsystem．Keywords：GPSsatellite；visibility；STKO引言GPS卫星是一个全天候全球天基卫星导航系统。地球任何地方，只要能收到四颗或

4、四颗以上GPS卫星信号，便能得到位置和时间信息，从而利用该系统进行导航。海湾战争中，美军首次使用GPS卫星进行精确制导。十多年来，GPS全球定位系统一直运转，从科索沃战争、阿富汗战争到伊拉克战争，多次战例表明：GPS系统在现代信息化战争中发挥着重要作用，应用领域遍及战争中的各个方面，已成为信息化战争中必不可少的重要组成部分口]。目前，GPS卫星在实战中的作用已从辅助变为主导，从被动变为主动，从单一功能变为多功能[2]。这对战场环境产生了极大威胁。分析GPS卫星系统的技术特征，研究GPS卫星系统的可见性，对GPS卫星系收稿日期：2014一06—23；2014—

5、08—22修回。作者简介：王小静(1989一)，女，助理工程师，硕士，主要研究方向为雷达对抗信号处理。统对抗技术研究具有重要的支撑作用。本文以目前美国在轨的31颗GPS卫星为研究对象，结合STK和Matlab软件仿真分析其可见性，为地面GPS观测系统天线波束宽度、波束个数设计提供参考。1GPS卫星概述20世纪70年代，美国陆海空三军在前期项目的基础上，联合研制了全球卫星定位系统GPS。GPS卫星轨道高度约20200km，相对于赤道平面的倾角约为55。，各轨道间交角60。，运行周期约11h58min。随着技术的发展和新需求的出现，GPS系统趋于现代化。为防止干

6、扰，2005年起发射的GPS卫星开始采用新的信号结构。该信号可实现6dB的信噪比改善[3]。同时，各种抗干扰GPS接收机不断研制并应用。GPS卫星的发射情况如表1所示。从表1可见，目前在轨运行的GPS卫星共有31颗。此外，从2014年起，新一代GPS卫星系统GPSIII卫星也即将发射升空[引。预计GPSIIIA、GPSIIIB和GPSIIIC分别发射12颗、8颗和16颗，共计36颗。2014(5)王小静，等：基于STK的GPS卫星可见性仿真分析172卫星可见性2．1卫星位置计算在地心赤道惯性坐标系下，卫星位置的计算公式为[51：芦=口(cosE—e)P+n(

7、1一e2)1／2sinEQ(1)式中，n为卫星轨道半长轴，E为卫星的偏近点角，已为卫星轨道的偏心率。P、Q分别为地心轨道坐标系中X轴、y轴的单位矢量，其在地心赤道惯性坐标系中可表示为：厂cos叫cosn—sin叫sinosin门P=lcos硼sinn+sin训cosncosi(2)【_。in硼。iniJr—sin叫cos0一cos叫sinncos门Q=I—sin叫sillQ+sin硼cosocosi(3)【-。。s硼。inij式中，叫为近地点幅角，n为升交点赤经，i为轨道倾角。2．2卫星可见性计算地面观测设备可见范围如图1所示。图1地面观测设备可见范围示意图

8、地面电子设备的遮蔽角为9，么BOC为地面设备可见范围