代码收藏家 Python与STK12.2联合仿真实践心得体会分享
本人在做一个项目的时候，需要使用STK12.2创建大量卫星，并给每个卫星设置成像载荷，计算整个场景时间下，所有成像载荷与地面目标的Access数据，最后还要将数据导出用于其他处理计算。
在尝试手动使用STK12.2实现以上效果失败后，考虑使用Python对STK12.2编程实现。本人编程语言方面只学过Python语言（而且学得很普通），整个联合仿真过程下来，感觉就是：入门较难、入门后感觉较简单；二次开发的水平取决于对STK12.2这个软件了解的多少，了解的越多，编程实现某些功能就越容易。
本次联合仿真大致过程：
（一）软件准备：
STK12.2是在某宝上花钱买的。我个人在安装软件上，更偏向于能用钱解决的就用钱解决，无论是商家远程安装还是自己按照商家的步骤安装，效率都更高，而自己从网上找免费的渠道安装软件费时费力还不一定能成功。Python是自己按照版本对应关系下载的，我使用的Python版本是3.10.9。我是在Pycharm Community Edition 2023.1.1上进行编程。
（二）STK12与Python开发的环境配置：
互联教程是在CSDN上搜到的是作者“一只大佬铁”的教程，链接我放在下面了。
STK12与Python联合仿真（一）：环境搭建-CSDN博客
如果按照他的步骤完整走下来，最后可以在STK中打开一个Jupyter notebook进行编程。我按照步骤来搞，没有完全成功，但是Pycharm已经可以对STK12.2进行编程了，具体什么原因我也不太清楚。环境配置这块我搞得也是稀里糊涂，建议大家电脑上安装一个Pycharm。然后按照这位作者的步骤试一试。
STK12.2+Python开发（一）：STK和Python开发环境配置_python链接stk-CSDN博客
如果已经成功连接了，那么STK12.2自带的例子程序是可以直接运行的。正常情况下，例子程序存在路径C:\Program Files\AGI\STK 12\CodeSamples\Automation和路径C:\Program Files\AGI\STK 12\CodeSamples\CustomApplications。这两个文件夹中不仅存有python例子程序，还有C++、Java等程序。
（三）编程应用
安装与互联完成后，更头疼的就来了。初次进行互联编程真的就感觉无从下手，没有系统的教程，能查到的一些文章页很少，而且很多还是STK11版本的。除了CSDN上可以搜到的教程，这里也是推荐知乎作者“小脏鱼儿”的教程，虽然教程是STK11版本的，但是其中关于对象模型和模型调用的讲解非常值得学习，也是适用于STK12的，链接放下面了。
Python与STK联合仿真-第三讲 – 知乎 (zhihu.com)
除了例子程序、网上的教程以外，能够参考的资料就是STK自带的非常完整的英文说明书，Programming Interface Help，在STK中可以直接打开。
打开后可以在里面直接搜索对象和接口的使用方法，但是首先要知道有什么对象、有什么接口，他们之间的关系是什么。这就需要在说明书中下载另一个关键的资料——接口关系图。
可以在说明书中看到，STK Object Model的库有STK Objects、STK X、STK VGT等6个。每个库都有如下的一张接口关系图，里面包含了该库所有的接口、对象、对象的属性和方法以及他们之间的关系。最常用的就是STK Objects的关系图，这个关系图满足的了我要实现的所有功能。
有了说明书和关系图，再加上例子程序和网上能搜到的教程，通过自己的慢慢摸索，就可以一步一步掌握STK12与Python二次开发的方法。目前我总结了以下开发流程：
第一步：明确自己要使用python与STK12.联合仿真达成什么效果
第二步：明确哪些效果是使用STK12实现的，哪些是python实现的。以构建2000颗卫星为例，那么STK12要实现构建一颗卫星的效果，python实现将这个过程循环2000次。
第三步：将第二步STK12要实现的效果，先在该软件中实现。如果在软件中都不知道如何实现，那么也很难编程实现。例如，先在STK软件中构建一颗卫星。
第四步：查找关系图，明确软件中操作STK实现的功能需要使用那些接口、对象。例如构建一颗卫星需要IAgStkObjectRoot、IAgStkRoot、IAgSatellite。再使用说明书，搜索这些接口，查看接口下的方法，对象以及属性，哪些可以实现这些功能，同时也要配合关系图，查看是否符合接口之间的逻辑关系，如果都符合，即可以使用该对象以及方法。可以点击这些对象、方法，它们的具体用法会有显示。
下图是IAgSTKObject接口包含的方法和属性。
下图是该接口中Children在各种语言中的具体用法
如果报错了，很有可能就是接口找错了，或者接口之间关系搞错了。总之找到可以实现功能的接口是关键，从结构图上找一个满足功能的接口是一个漫长的过程；如果接口找对了，但是接口之间关系搞错了，大概率是因为不熟悉结构之间关系，多试几次就熟练了。
终极秘笈：
实在不行就使用AI写代码，这个我已经尝试过，效果很好。只需要告诉AI，使用Python语言编程，使用STK12达成的效果即可。如果有报错，那么就把报错语句发给AI，他会根据报错进一步修改代码。
下面这段代码是根据我提出的要求（输入卫星TLE数据，可以得到相应的轨道六要素。），AI给我的第一版代码，在我的电脑上运行是有问题的。
from skyfield.api import EarthSatellite, load
from math import degrees
def tle_to_orbital_elements(tle_line1, tle_line2):
# 创建卫星对象
satellite = EarthSatellite(tle_line1, tle_line2)
# 获取轨道要素
semi_major_axis = satellite.model.a # 半长轴 (km)
eccentricity = satellite.model.e # 偏心率
inclination = degrees(satellite.model.inclination) # 倾角 (度)
raan = degrees(satellite.model.raan) # 升交点赤经 (度)
arg_of_perigee = degrees(satellite.model.argument_of_perigee) # 近地点幅角 (度)
mean_anomaly = degrees(satellite.model.mean_anomaly) # 平近点角 (度)
return {
"Semi-major axis (km)": semi_major_axis,
"Eccentricity": eccentricity,
"Inclination (deg)": inclination,
"RAAN (deg)": raan,
"Argument of Perigee (deg)": arg_of_perigee,
"Mean Anomaly (deg)": mean_anomaly
}
# 主程序
if __name__ == "__main__":
print("请输入TLE数据:")
tle_line1 = input("第一行: ")
tle_line2 = input("第二行: ")
orbital_elements = tle_to_orbital_elements(tle_line1, tle_line2)
print("\n轨道六要素:")
for key, value in orbital_elements.items():
print(f"{key}: {value:.6f}")经过多次报错反馈以及提出修改建议，AI最终给我的代码如下。AI知道要用什么库，但是他可能对库中的具体结构不清楚，通过报错反馈，他慢慢地推测出了库的结构，给出了最有可能正确的程序。
from skyfield.api import EarthSatellite
import math
# 假设你已经创建了一个 EarthSatellite 对象
satellite = EarthSatellite(line1, line2, name="Example Satellite")
# 获取轨道参数
model = satellite.model
# 访问轨道参数
inclination = math.degrees(model.inclo)
eccentricity = model.ecco
right_ascension = math.degrees(model.nodeo)
argument_of_perigee = math.degrees(model.argpo)
mean_motion = model.no # 注意：这可能是弧度/分钟
mean_anomaly = math.degrees(model.mo)
semi_major_axis = model.a # 添加半长轴
# 转换平均运动为每天圈数
mean_motion_revs_per_day = mean_motion * 1440 / (2 * math.pi)
print(f"Inclination: {inclination:.2f} degrees")
print(f"Eccentricity: {eccentricity:.6f}")
print(f"Right Ascension of Ascending Node: {right_ascension:.2f} degrees")
print(f"Argument of Perigee: {argument_of_perigee:.2f} degrees")
print(f"Mean Motion: {mean_motion_revs_per_day:.6f} revolutions per day")
print(f"Mean Anomaly: {mean_anomaly:.2f} degrees")
print(f"Semi-major Axis: {semi_major_axis:.2f} km") # 添加半长轴的输出
# 额外信息
print(f"Epoch Year: {model.epochyr}")
print(f"Epoch Days: {model.epochdays:.8f}")
print(f"B* drag term: {model.bstar:.8f}")（四）例子程序
下面给出我例子程序，实现功能：读取TLE数据构建卫星，以及读取传感器信息文件（该文件为我自己设定的）为每颗卫星设置传感器。这段程序已经可以实现文章开头所说的一部分功能了，至于完整的功能（构建地面目标，计算Access数据），我准备放到下一篇文章中详细说明。
import os
from skyfield.api import EarthSatellite
import math
import openpyxl
#######
#这段程序必须要有，算是一个初始化程序，可以在每个里程序中看到。
try:
if os.name == "nt":
from agi.stk12.stkdesktop import STKDesktop
else:
from agi.stk12.stkengine import STKEngine
from agi.stk12.stkobjects import *
from agi.stk12.stkobjects.astrogator import *
from agi.stk12.utilities.colors import *
from agi.stk12.stkengine.tkcontrols import GlobeControl, GfxAnalysisControl
except:
print("Failed to import stk modules. Make sure you have installed the STK Python API wheel (agi.stk<..ver..>-py3-none-any.whl) from the STK Install bin directory")
if os.name == "nt":
#获取根对象
app = STKDesktop.StartApplication(visible=True, userControl=True)
stkRoot = app.Root
else:
app = STKEngine.StartApplication(noGraphics=False)
stkRoot = app.NewObjectRoot()
if not stkRoot.AvailableFeatures.IsPropagatorTypeAvailable(AgEVePropagatorType.ePropagatorAstrogator):
print("You do not have the required license.")
#######
#设置场景
Scenario_begin_time = "5 Mar 2024 04:00:00.000"#场景开始时间
Scenario_end_time = "9 Mar 2024 04:00:00.000"#场景结束时间
Scenario_epoch_time = Scenario_begin_time#场景历元默认设置为场景开始时间
Animation_begin_time = Scenario_begin_time#动画开始时间默认设置为场景开始时间
Animation_step_value = 10#动画步长
#新建一个场景
stkRoot.NewScenario('STK12')
#返回一个场景对象，以修改场景时间及其他属性
oScenario = stkRoot.CurrentScenario
oScenario.SetTimePeriod(Scenario_begin_time,Scenario_end_time)#设置场景时间间隔
oScenario.Epoch = Scenario_epoch_time#设置场景历元
#场景是场景，动画是动画，动画的开始时间也要单独设置
oScenario.Animation.StartTime = Animation_begin_time#设置为场景开始时间
oScenario.Animation.AnimStepValue = Animation_step_value#设置动画步长
stkRoot.Rewind() # 将场景返回时间起点
#######
#读取TLE数据，构建卫星
# 地球引力常数（km^3/s^2）
GM = 398600.4418
#打开TLE数据文件
f = open('TLEfitting20200901_Simple.txt', 'r')
line = f.readlines()
for i in range(0, len(line), 2):
#######
#这段代码来自AI，读取TLE数据，得到卫星轨道六要素
line1 = line[i].strip('\n')
line2 = line[i + 1].strip('\n')
satellite = EarthSatellite(line1, line2)
# 获取卫星编号
satellite_number = satellite.model.satnum
if satellite_number<10:
satellite_name = '0000'+str(satellite_number)
elif 10<=satellite_number<100:
satellite_name = '000'+str(satellite_number)
elif 100<=satellite_number<1000:
satellite_name = '00'+str(satellite_number)
elif 1000<=satellite_number<10000:
satellite_name = '0'+str(satellite_number)
else:
satellite_name = str(satellite_number)
# 获取轨道参数
model = satellite.model
# 访问轨道参数
inclination = math.degrees(model.inclo) # 轨道倾角，单位°
eccentricity = model.ecco#轨道偏心率
right_ascension = math.degrees(model.nodeo) # 升交点赤经，单位°
argument_of_perigee = math.degrees(model.argpo)#近地点辐角
mean_motion = model.no # 平均飞行速度，弧度/分钟
mean_anomaly = math.degrees(model.mo)#平近点角
# 转换平均运动为每天圈数
mean_motion_revs_per_day = mean_motion * 1440 / (2 * math.pi)
# 计算半长轴（单位：km）
mean_motion_rad_per_sec = mean_motion / 60 # 转换为弧度/秒
semi_major_axis = (GM / (mean_motion_rad_per_sec ** 2)) ** (1 / 3)
#######
#新建一个卫星对象
oSat_VI = oScenario.Children.New(AgESTKObjectType.eSatellite, satellite_name)
oSat_VI.VO.Model.ScaleValue = 0.0
oSat_VI.SetPropagatorType(AgEVePropagatorType.ePropagatorJ2Perturbation) # 设置轨道传播器摄动类型J2
oJ2Perturbation_VI = oSat_VI.Propagator # 获取传播器对象（后面要设置属性）
interval_VI = oJ2Perturbation_VI.EphemerisInterval # 获取传播时间对象
interval_VI.SetExplicitInterval(Scenario_begin_time, Scenario_end_time) # 设置传播时间
oJ2Perturbation_VI.Step = 60 # 设置计算步长
#输入轨道六要素，预报轨道
oOrb_VI = oJ2Perturbation_VI.InitialState.Representation.AssignClassical(3, semi_major_axis,
eccentricity, inclination,
argument_of_perigee, right_ascension,
mean_anomaly)
oJ2Perturbation_VI.Propagate() # 传播计算
oSat_VI.Graphics.SetAttributesType(AgEVeGfxAttributes.eAttributesBasic)
SatVI_attributes = oSat_VI.Graphics.Attributes
SatVI_attributes.Inherit = False
SatVI_attributes.IsOrbitVisible = False
f.close()
#######
#为每颗卫星设置传感器，传感器信息文件可以自己设置
Sat_ele = oScenario.Children.GetElements(AgESTKObjectType.eSatellite)
sat_num = Sat_ele.Count
Sensor_Workbook = openpyxl.load_workbook('传感器信息.xlsx')
Sensor_Sheet = Sensor_Workbook.active
Sensor_data = []
Sensor_name = []
for Sensor_row in Sensor_Sheet.iter_rows(values_only=True):
Sensor_data.append(Sensor_row)
del Sensor_data[0]
for i in range(len(Sensor_data)):
Sensor_name.append(Sensor_data[i][0])
for i in range(sat_num):
#获取卫星对象
Sat_item = Sat_ele.Item(j)
satPath = Sat_item.Path
sat = stkRoot.GetObjectFromPath(satPath)
sat_name = sat.InstanceName
if sat_name in Sensor_name:
x = Sensor_name.index(sat_name)
if Sensor_data[x][1]=='O':
satSen = oSat_VI.Children.New(20, sat_name+'O')
satSen.SetPatternType(AgESnPattern.eSnRectangular) # 设置传感器类型（矩形）
satSen.Pattern.HorizontalHalfAngle = Sensor_data[x][3]
satSen.Pattern.VerticalHalfAngle = Sensor_data[x][4]
satSen.Pattern.AngularResolution = Sensor_data[x][2]
satSen_2D = satSen.Graphics
satSen_2D.Color = Colors.Blue
elif Sensor_data[x][1]=='S':
satSen = oSat_VI.Children.New(20, sat_name+'S')
satSen.SetPatternType(AgESnPattern.eSnRectangular) # 设置传感器类型（矩形）
satSen.Pattern.HorizontalHalfAngle = Sensor_data[x][3]
satSen.Pattern.VerticalHalfAngle = Sensor_data[x][4]
satSen.Pattern.AngularResolution = Sensor_data[x][2]
satSen_2D = satSen.Graphics
satSen_2D.Color = Colors.Red作者：枫原_流光
