基于STK的天基导弹探测场景仿真系统-孙大林硕士论文2016

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文（光学工程，航天学院），导师丛明煜教授，2016年6月答辩。作者孙大林——即后来在苏州医工所从事仪器软件研发的工程师本人的读研时期学术作品，可与其后医工所工作文档（孙大林简历-中科院苏州医工所应聘申请表）连读，理解其光电+仿真+软件复合背景的源头。

一句话概括

用 STK（AGI 卫星工具包）+ VC++/Excel 接口，面向对象地搭建一套”天基导弹预警系统地面仿真”软件：对导弹/卫星/载荷三类对象做统一位姿建模，对红外探测信号全链路（尾焰辐射→大气传输→光学系统→焦平面）做数学建模，实现主动段与中段探测任务的场景搭建与探测能力评估。

美国 DSP 系统：地球静止轨道 5 颗在轨（3 工作 + 2 备用），红外望远镜 1/12~1/8Hz 扫描，导弹发射后约 1.5 分钟探测到尾焰、约 3 分钟上报；电视摄像机观测可见光降虚警。
SBIRS-High（GEO 4 颗 + HEO 2 颗）：宽视场扫描探测器 + 窄视场凝视探测器配合，发射后 20 秒内报警。SBIRS-Low 规划 24 颗低轨大倾角小卫星，捕获+跟踪两类探测器，星间链路接力跟踪。
俄罗斯”眼睛”（大椭圆轨道）/“预报”（同步轨道）系列：预报系统 4 颗星提供 30 分钟预警，但寿命问题严重，一度仅剩 1 颗在轨。
国外成熟仿真软件：VISTAS（传感器性能评估）、SSGM（战略场景生成）、AST（高级监视测试平台）；组件级工具有 ASAP（目标三维建模）、MODTRAN（大气传输）、STK/STK-SE（运动与位姿）。
我国起步晚，STK 对华禁运，国内主流做法是 VC++/MATLAB 结合 STK/OpenGL 二次开发（国防科大、嫦娥/神舟任务演示系统等）。

统一基准：WGS84 地球固连坐标系；坐标系变换用 3-2-1 转序欧拉角旋转矩阵。
导弹姿态简化：轴对称 + 姿态沿弹道速度方向稳定，主要建模位置；弹道给两种方案——STK 驱动的抛物线模型 / 实测数据载入模型（论文重点做后者的大地坐标系、发射坐标系、惯性系间转换）。
载荷视线调度流程建模：卫星姿态调整（临时调度）→ 摆镜机构调方位/高低角（区域或周期调度）→ 预处理反馈再调度。

两副子系统：场景仿真子系统（场景建立）+ 任务分析子系统（探测任务分析）；STK 驱动解算接口函数 + Excel 数据 I/O 接口函数。
应用案例一：导弹主动段探测能力仿真（GEO 平台扫描+凝视载荷）。
应用案例二：导弹中段探测能力仿真。案例载荷参数：探测波段 3.7~4.8μm、光学透过率 0.5、视场 5.5°×4.4°、探测器 320×256 像元、像元 30μm、分辨率 300×300μrad、比探测率 8×10¹¹ cm·Hz
两案例结果均与经验预期相符，验证系统具有工程使用价值。

面向对象”场景对象+属性+数据结构+接口函数”的仿真系统设计范式，与其后医工所仪器软件（流式/共聚焦/发光）的模块化需求文档风格一脉相承。
点目标信噪比 + 阈值探测概率的工作流（扫描捕获→凝视跟踪→滤波排虚警→下传+跟踪），是一个可复用的”传感器链路预算”思维模板：目标模型、背景模型、传输模型、平台模型、载荷模型五要素拆分法。