STK及其在雷达建模与探测仿真中的应用

STK及其在雷达建模与探测仿真中的应用

朱渊超  田亚威  刘毅   朱颖超

【摘要】为了实现对雷达兵器的快速建模和仿真，介绍了一种仿真软件STK，说明了、STK的主要功能和具体模块，详细地阐述了雷达分析模块的功能，并使用STK5.0对某型号雷达进行了仿真j实践证明STK是一种高效的仿真软件。
【关键词】STK，雷达，仿真

STK软件的全称是Satellite Tool Kit(卫星仿真工具包)，是由美国AGI公司开发的一款在航天工业领域中处于绝对领先地位的商品化分析软件。该软件最初的应用集中在航天、情报、雷达、电子对抗、导弹防御等方面，但随着软件的不断升级，其应用也得到了进一步深入，STK现已逐渐扩展成为分析和执行陆、海、空、天、电(磁)任务的专业仿真平台，其精确的分析结果可以获得大量实际验证，逼真的场景仿真获得了众多专家认可，应用领域也在不断扩大，涵盖了空间航天器设计和操作、通信、导航、遥感、战略和战术防御、战场管理和科学研究等多个领域，成为最优秀的仿真软件之一。

1 STK主要功能

STK是一种先进的商用现货(COTS)分析和可视化工具，它可以支援航天、防御和情报任务。利用STK可以快速方便地分析复杂的陆、海、空、天任务，获得易于理解的图表和文本形式的分析结果以确定最佳解决方案。STK提供分析引擎用于计算数据，并可显示多种形式的二维地图，显示卫星和其他对象如运载火箭、导弹、飞机、地面车辆、目标等。STK还有三维可视化模块，为STK和其他附加模块提供领先的三维显示环境。STK基本模块的核心能力是生成位置和姿态数据、可见性及遥感器覆盖分析。STK专业版扩展了STK的基本分析能力，包括附加的轨道预报算法、姿态定义、坐标类型和坐标系统、卫星、城市和恒星数据库等内容。

对于特定的分析任务，STK提供了附加模块，可以解决通信分析、雷达分析、覆盖分析、轨道机动、精确定轨、实时操作等问题。

2 STK模块介绍

2.1 STK具体模块

STK标准版为套件的核心，要拓展STK的分析能力，AGI公司还提供了STK专业版以及三维显示选项，提供了多种模块以完成不同的任务(见表1)。

2.2 STK雷达分析模块

STK／Radar提供对雷达系统的全面分析和图形化显示。该模块加入了一个新的对象类——雷达类，该类可以附属于STK的任何运载工具下——卫星、导弹、火箭、飞机、船只以及地面车辆——同样可以用于地面设施／目标和传感器类下。该模块允许用户对雷达目标的重要特征Rcs(雷达散射面积)建模、计算和显示过境情况以及生成雷达系统性能的报告和图表。STK／Radar可以仿真单模或者双模雷达系统，支持SAR(合同孔径雷达)和，或搜索／跟踪模式操作。同时STKRadar与STK／PRO、STK/VO一起提供了一个独特
的系统，可以大大减少详细雷达分析的时间。可以使用STK的Vector Geometry Tool(矢量几何学工具)创建任何雷达参考轴，在STK/VO中显示相对矢量和轴，在多个用户定义的参考框架中报告目标位置。其关键特性包括：不同雷达系统建模，Rcs通用处理，导弹／防空雷达配置，天基雷达成像计划编制等。STK 5.0在此基础上更新了STK/Radar模块，新增加了接收机、发射机、天线和环境因子的用户插件界面，以及可定制的波束选择策略。

3  STK 5.0在雷达建模与探测仿真中的应用

笔者使用STk5.0对某型雷达进行了仿真，并在场景中加人飞机，实现了雷达对目标的探测过程，下面简要介绍其实现过程。

3.1 STK5.0的软硬件要求

STK 5.0只支持windows NT／2000／XP操作系统，不再支持Windows 98/ME以及各类UNIX操作系统。STK 5.0本身对系统的硬件没有刻意的要求，但从实际使用效果来看，要想流畅运行STK 5.0软件，用户计算机硬件最好能够达到以下要求：CPu 2.4GHz或以上；内存512MB或以上；显卡NVIDIA GeForce Ti 4200显卡或以上。在此基础上，用户即可顺利启动STK5.0并进入主界面。

3.2 建立基本场景

其基本步骤为：
①创建空白场景对象“Scenario”，并在对象浏览器中双击场景名称，打开所建场景的属性窗口，分别设置示例场景Basic类Time Period属性页和Animation属性页中的参数(具体参数根据仿真实例要求确定)。
②向示例场景中添加地面站对象“RadarStation”，并设置其Basic类Position属性页和2D Graphics类Attributes属性页中的参数以及3D GIaphics类Model属性页中“Model”选项组的Scale参数.
③向示例场景中添加飞机对象“Craft”，并设置飞机对象Basic类Route属性页中的参数，单击“Insert Point”按钮，为飞机对象添加航迹点；取消飞机对象2D Graphics类Attributes属性页中的“Inherit Setting”、“Show Label”、“Show Route”和“Show Route Marker”复选框，取消2D Graphics类Route属性页中的“Show Turn Marker”复选框，并设置3D Graphics类Model属性页中“Model”选项组的Scale参数。
④将STK三维视图窗口的视场中心设置为飞机对象“Craft”。

3.3 添加雷达仿真传感器

基本场景建立完成后，下一步工作就是向地面站对象中添加用于雷达仿真的传感器对象。在本例中，共向地面站对象中添加了12个传感器对象分别为“MainArea”、“ScanArea”、“Sensor1”、“Sensor2”、“Sensor3”、“Sensor4”、“Sensor5”、“Sensor6”、“Sensor7”、“Sensor8”、“Sensor9”、“Sensor10”，其中“MainArea”用来表现雷达的主要监视区域，“ScanArea”用来表示雷达的扫描活动状态，“Sensor1”～“Sensor10”用来表示雷达的部分监视区域，下面分别设置上述对象的属性：
①分别设置MainArea对象Basic类的Definition属性、2D Graphics类的Attributes属性和Projection属性、3D Gr即hics类的Attributes属性以及Constrajnts类的Basic属性；
②分别设置ScaJlArea对象Basic类的Definition属性和Pointing属性、2D Graphics类的Attributes属性和Projection属性、3D Graphics类的Attributes属性以及constraints类的Basic属性；
③依次并分别设置sensor1~senso10对象Basic类的Definition属性，2D Graphics类的Attributes属性、Projection属性和Display Times属性；单击“Select Access Object”按钮，打开“选择访问对象”对话框，通过“添加”按钮选择飞机对象Craft，然后设置3D Graphics类的Attributes属性和Projection属性以及constraints类的Basic属性；
④运行示例场景，观察场景的运行效果。

4 结束语

经过项目开发实践，可以证明弧建模高效快捷，场景形象逼真，分析结果精确，将其用在雷达建模与探测仿真中可以起到事半功倍的效果。

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