使用卫星仿真软件STK进行星地链路和星间链路建模与数据提取

创作时间:

作者:

@小白创作中心

使用卫星仿真软件STK进行星地链路和星间链路建模与数据提取

引用

CSDN

https://m.blog.csdn.net/xdzhujy/article/details/141883780

本文将介绍如何使用卫星仿真软件STK进行星地链路和星间链路的建模与数据提取。通过创建GEO高轨卫星、Walker-Star星座、地面站等，结合Chain、Matlab与STK互联接口等多种数据提取方法，为卫星通信和仿真技术的研究提供实用的参考。

任务描述

在一个星地协同的空天地网络中，科研中可能需要建模星地链路以及星间链路，主要受到距离、仰角等参数的影响。

利用STK建模星地协同系统

此处略过Scenario的创建什么的

3个GEO高轨卫星

插入地球同步轨道卫星

240/20/1 Walker-Star Constellation 低轨卫星星座

先插入种子卫星，再根据种子卫星利用Walker Tool生成想要的星座，注意要选择create constellation选项以创建星座对象，后面可能会用到。

地面站或者地面设备

按坐标或者facility插入地面实体即可

链路建模与数据提取处理

星地链路

地面设备将本地信息上传至距离最近的卫星：需得出的结果是地面设备上传本地信息给了哪一颗卫星。
方法是将刚刚创建的星座对象与某一地面设备对象建立chain：注意先后顺序是地面IoT设备在前为发射端，且IoT设备需要加入Transmitter对象。

值得注意的是，STK中可以详细设置Transmitter和Antennna的参数，以获取通信链路的相关参数，这部分暂时省略。

通过Chain->Compute Accesses得到如下可视化结果：

再通过Report & Graph Manager获取所需的数据，可定制想要的数据然后导出为csv/txt文件（如距离、链路时间等）。

星间链路数据读取的几种方法

最麻烦的方法
在每颗卫星对象上插入transmitter/receiver，利用compute access计算所有连接的相关数据，将数据保存后进行后处理用于所需要的场景，这种方法复杂度简直太高了，果断抛弃。

使用Matlab与STK互联接口使用
STK11.6仅仅兼容Matlab2018b以下的版本，但实测2022b、2024a版本都能运行，以下是一个简单demo。

% 创建与STK的连接
clear,clc;
stkApp = actxserver('STK11.Application');
% 打开STK场景
stkRoot = stkApp.Personality2;
stkRoot.LoadScenario('D:\STK\Walker-Delta\Walker-Delta.sc');
sc = stkRoot.CurrentScenario;
% 获取场景内所有卫星
allChildren = sc.Children;
allSatellites = allChildren.GetElements('eSatellite');
satNum = allSatellites.Count;
% 初始化空数组来存储GEO和LEO卫星
% geoSatellites = {};
% leoSatellites = {};
GEO1 = allSatellites.Item('GEO1');
GEO2 = allSatellites.Item('GEO2');
GEO3 = allSatellites.Item('GEO3');
% for i = 3:1:satNum-1
%     eval(['LEOS', num2str(i), ' = allSatellites.Item(cast(i, ''int32''));'])
% end
count = 1;
for i = 3:1:satNum-1
    if mod(i-2, 20) == 1 && i ~= 1
        count = count + 1;
    end
    index = mod(i-3, 20) + 1;
    eval(['LEOS', num2str((count-1) * 100 + index), '= allSatellites.Item(cast(i, ''int32''));'])
%     satellites.(key) = ;
end
% 使用 Data Provider 接口获取位置数据
dp101 = LEOS101.DataProviders.Item('Cartesian Position').Group.Item('ICRF').Exec(sc.StartTime, sc.StopTime, 10);
pos101 = dp101.DataSets.ToArray();
dp102 = LEOS102.DataProviders.Item('Cartesian Position').Group.Item('ICRF').Exec(sc.StartTime, sc.StopTime, 10);
pos102 = dp102.DataSets.ToArray();
% 提取位置坐标
for i = 1:1:length(pos101)
    x1(i,1) = pos101{i,2};
    y1(i,1) = pos101{i,3}; 
    z1(i,1) = pos101{i,4};
    x2(i,1) = pos102{i,2}; 
    y2(i,1) = pos102{i,3}; 
    z2(i,1) = pos102{i,4};
end
% 计算距离
distance = sqrt((x2 - x1).^2 + (y2 - y1).^2 + (z2 - z1).^2);
% fprintf('The distance between LEOS101 and LEOS102 is %.2f km\n', distance / 1000); % 将距离转换为公里
% 断开与STK的连接
stkApp.Quit;
delete(stkApp);

这里读取了一个80/4/1星座命名为LEOS101-LEOS120, LEOS201-LEOS220, LEOS301-LEOS320, LEOS401-LEOS420同轨道相邻的两颗卫星在场景开始和结束时间之内，每隔10s的距离数据，如下所示：

大规模使用Chain
首先添加Constellation对象，将1个轨道的卫星放进去，即将每个轨道建成一个Constellation对象。
第二步，建立Chain，包含的对象是Orbit的Constellation对象和整个星座的Constellation对象Walker-Star。
通过Report & Graph Manager定制所需的数据即可。此时获取了每颗卫星的所有链路信息，但实际上最多4-5条星间链路是能够建立的，我在python中对保存数据进行读取时进行了一些筛选。