STK / Connect 模块分析与应用

STK / Connect 模块分析与应用

张云彬，张永生

（信息工程大学测绘学院，河南郑州450052）

摘要：STK 的重要模块之一STK/ Connect 提供用户在客户机/ 服务器环境下与STK 连接的功能，根据作者的实践，文中介绍了STK/ Connect 的一些核心技术及其编程实现。
关键词：STK；客户机/ 服务器；STK/ Connect

卫星工具软件STK（SateIIite TooI Kit）是航天领域中先进的系统分析软件，由美国分析图形有限公司（AGI）研制，用于分析复杂的陆地、海洋、航空及航天任务。它可提供逼真的2 维、3 维可视化动态场景以及精确的图表、报告等多种分析结果。支持卫星寿命的全过程，在航天飞行任务的系统分析、设计制造，测试发射以及在轨运行等各个环节中都有广泛的应用，对于军事遥感卫星的战场监测、覆盖分析、打击效果评估等方面同样具有极大的应用潜力。STK/ Connect 是STK 的重要模块之一，提供用户在客户机/ 服务器环境下与STK 连接的功能，使用TCP / IP 或UNIX Domain Sockets 在第三方应用软件与STK 之间传输数据（包括实时数据传输），为其他应用程序提供了一个向STK 发送消息和接受数据的通讯工具。

1 Connect 模块简介

STK/ CON 即Connect 在早期的名称是交互处理通讯模块（IPC），它包括一系列的功能来打开UNIX或TCP / IP 到STK 的接口，以便给STK 发送连接命令和接收从STK 返回的数据，并在通讯完成后关闭接口。Connect 具有提供信息的功能，可按用户规定的各种方式输出错误信息和诊断信息。如果需要，用户还可取消此信息使它满足自己的需要。使用Connect 时仅需提供连接名和端口，以便STK 驻留和打开接口。IPC 指令可以用单一函数发送然后返回所希望的数据。
主要特性：
1）在客户机/ 服务器环境下工作

Connect 通过TCP / IP 的Socket 或UNIX DomainSocket 很方便地建立用户应用程序和STK 的接口。这种网络能力允许来自任何虚拟环境的实时数据传送。
2）连接库
可以使用与Connect 同时提供的库来方便地建立和使用TCP / IP 或Domain Socket。利用库提供的函数、常值和其他消息能力可以建立第三方应用程序与STK 的连接。
3）信息功能
Connect 可以有选择的生成信息，用户也可以取消标准的信息，使用自定义的格式编辑以适应第三方的应用程序。这个功能可以使开发人员更好的控制信息环境。
4）实时可视化
Connect 联接着STK 和STK/ VO，研究人员可以实时观察事件。例如，可以通过Connect 获得从运载火箭或卫星上得到的遥测数据，然后在2 维或3 维地图窗口中模拟飞行任务，帮助了解和解决任何可能出现的情况。

2 初始化Connect 模块

在启动Connect 模块之前，首先要进行初始化工作，这时需调用初始化函数 AgConInit（ ），它的函数原型是int AgConInit（ char *initFiIeName）；参数initFiIeName 指向初始化配置文件，亦可通过定义STK 的环境变量AGCONNECTINIT 来指定该文件。若initFiIeName 参数为空，或未定义AGCONNECTINIT 变量，Connect 将启用缺省配置文件，对于UNIX 系统，该文件为~ / . connectrc；对于PC机，该文件为Connect 当前目录下的Connect. dat。若初始化成功，STK 将返回AgCNoError 消息，否则返回AgCError 消息。初始化配置文件中列出了拥有返回数据的Connect 命令，这些命令是第三方程序获得STK 数据的有效途径。此外，初始化文件中还包含一些必要的配置信息，用于建立联接时Connect 模块的参数设置。

3 与STK 通讯

1）打开联接

初始化工作完成后，可以打开一个与STK 的联接，使用函数AgConOpenSTK（），它的原型是：
int AgConOpenSTK（char **context，char **connectType，char **connectName）；
其中，参数connectType 用于指定联接的类型，它可以是以下两个常量中的一个：
AgCUnixType “UNIXSOCKET”（只用于UNIX操作系统）
AgCTcpType “TCPSOCKET”
connectName 参数包含了联接的更多细节，对基于TCP / IP 协议的联接，它指定了主机名和通讯端口名，例如locaIhost：5001；对基于UNIX socket 的联接，它指明了socket 的路径。至于参数context，由于应用程序可以同时打开多个与STK 的联接，因此这里使用它来区分这些不同的联接。

2）发送命令并接收数据

完成上述工作后，用户软件就可以同STK 进行通讯了。这里将用到一个重要的函数AgConProcessSTKCmd（），用于发送命令以及接收数据。
它的原型是：
int AgConProcessSTKCmd（char **context，char **cmdString，AgTConReturnInfo **returnInfo）；
参数context 用于区分接受命令的不同联接，cmdString 则包含了命令的具体内容。returnInfo 参数以结构的形式存贮了STK 返回的数据，它的定义如下：

typedef struct AgTConReturnInfo
｛
char hdrType［AgCRMHAHdrTypeLen + 1］；
char transId［AgCRMHAHdrIdLen + 1］；
int numEntries；
char **returnList；
｝AgTConReturnInfo；
其中，hdrType 与transId 用于异步通讯模式，存贮类型及标识符信息；numEntries 存贮返回数据包的数目，returnList 则存贮每一个具体的数据包。数据包的格式将在第5 节介绍。
AgConProcessSTKCmd（）函数若成功访问STK，将返回消息AgCNoError，否则返回消息AgCError；若命令正确发出但因某些因素导致STK 拒绝响应，将返回消息AgCNackReturned。

3）关闭联接

在执行完必要的操作后，可关闭与STK 的联接。如果只想关闭当前联接，可使用函数AgConCIoseSTK（），其原型为
int AgConCIoseSTK（char **context）；
其中参数context 的意义与函数AgConOpenSTK（）中相同。若想彻底清除Connect 静态库中申请的内存，完全中止与STK 的联接，可使用函数AgConShutdownConnect( )，这时若再与 STK通讯，需重新进行初始化。

4 Connect 消息机制

在外部程序与STK 通讯的过程中，Connect 随时产生各种相关信息，包括响应外部命令之后的返回数据以及各种诊断信息，它们都以消息的方式发送给用户。在Connect 与STK 内部，进行这种消息运作主要通过两个函数：AgUtMsg（ ）和AgUtMsgSetMsgFunc （）。用户程序可以重载它们，改变参数设置，使得消息流程及处理方式满足用户指定的要求。这种技术大大拓宽了STK 消息的传播途径，增强了用户程序利用STK 内部信息的灵活性。
Connect 内部的消息机制如图1 所示。

1）使用AgUtMsg（）函数传送消息

AgUtMsg（）函数传送消息的方式取决于参数的设置，它的函数原型如下：
AgTVoid AgUtMsg（AgTInt msgType，AgTBooI waitFIag，AgTInt dispiayID，AgTInt errorCode，AgTChar *sourcefiie，AgTInt LineNo，AgTChar **msgFormat，⋯）；

其中，参数msgType 定义了消息的类型，它可取以下常量之一：
AgCMsgDebug   AgCMsgInfo    AgCMsgForceInfo     AgCMsgWarning    AgCMsgAlarm
参数waitFlag 取常量AgCMsgNoWait 或AgCMsgWait，前者使AgUtMsg（）函数无须等待系统的确认应答，后者将设置AgUtMsg（）等待应答信号。dispiayID指明消息输出的通道，用户可根据需要改变输出指向，或使用系统的缺省输出对象AgCMsgDispDefauit。errorCode 参数指明出错信息，可由用户自行定义，或使用系统提供的常量：
AgCError     AgCNoError    AgCNackReturned     AgCMsgNoErrorCode
参数sourceFile 和LineNo 不必一一给出，只需用一个宏AgMSourceLine 代替，该宏在AgConnect. h 头文件中定义。MsgFormat 参数存放真正的消息字符串，用户可自行定义消息输出的格式，AgUtMsg（）函数根据这个参数控制消息的输出。

2）使用AgutMsgSetMsgfunc（）更改消息处理函数

AgUtMsgSetMsgFunc（）函数允许用户对消息处理函数进行替换、增加或删除操作，其原型如下：
AgTInt  AgUtMsgSetMsgFunc（AgTInt setOption，AgTInt dispiayID，AgTMessageFunc messageFunc）；
参数setOption 指明了不同的操作，它可取以下值：
AgCMsgReplace   AgCMsgAdd    AgCMsgRemove

AgCMsgReplace 将使系统替换由displayID 标识的消息处理函数，同理，AgCMsgAdd 和AgCMsgRemove值分别表示增加新的以及删除旧的消息处理函数，该函数同样由displayID 标识。messageFunc指向具体的消息处理函数，该函数可由用户定义，但其参数声明必须与AgUtMsg（）保持一致。

5 输入输出格式

1）命令格式

Connect 模块为用户程序提供了一系列命令，用以控制STK 内部复杂的操作，命令的格式如下：
< CommandName > < ObjectPath >［ < CommandData> ］

< CommandName > 表示特定的命令名，如“Load”，“Access”等。< ObjectPath > 指明一个STK 的类实例，如“Scenario / stkDemo / Satellite / Shuttle”。对于不同的命令名，

< CommandData > 项有不同的形式，它表示了命令所需输入的参数。

2）输出数据格式

STK 在执行完用户命令后，Connect 将应答消息，其中既有诊断信息，也有STK 数据。数据的格式分两种，一种是单消息数据，另一种是多重消息数据。现分别描述如下：

单消息数据格式为< Header > < Data >

数据头< Header > 是一个40 字节长固定大小的包。包含了命令名及后续数据的字节数；<Data > 中存放了由Connect 返回的具体数据。

多重消息数据由若干个单消息数据构成，它的格式为
< Mult Message Header > < Multiple Message Data > < Single Message Header > < Single Message Data > ⋯⋯
< Mult Message Header > 亦是一个40 字节固定大小的包，它包含了命令名及< Multiple Message Data > 的字节数。
< Multiple Message Data > 指明了组成多重消息的单消息数。
< Single Message Header > 与< Single MessageData > 的意义与单消息数据相同。
以下是用户程序向STK 发送GetAccesses 命令后，STK 响应命令所返回的一个多重消息数据实例：
ACK
GETACCESSES 3

73
GETACCESSES 111
/ Application / STK/ Scenario / stkDemo / Facility / Perth
/ Appiication / STK/ Scenario / stkDemo / Facility /
Baikonur
NoAccesses
GETACCESSES 114
/ Application / STK/ Scenario / stkDemo / Facility / Santiago
/ Application / STK/ Scenario / stkDemo / Facility /
Baikonur
NoAccesses
GETACCESSES 111
/ Application / STK/ Scenario / stkDemo / Facility / Santiago
/ Application / STK/ Scenario / stkDemo / Facility / Perth
NoAccesses
GETACCESSES 113
/ Application / STK/ Scenario / stkDemo / Facility /Waiiops
/ Application / STK/ Scenario / stkDemo / Facility /
Baikonur
NoAccesses
⋯ ⋯

GETACCESSES 170
/ Application / STK/ Scenario / stkDemo / Satellite / ERSl
/ Application / STK/ Scenario / stkDemo / Facility /Waiiops
/
Sensor / FiveDegElev
1 Nov 2000 00：33：06.88 1 Nov 2000 00：45：05.96

6 结束语

STK 作为先进的航天分析软件，具有复杂而完善的功能。目前国内对它的需求正在不断增长，但整体应用水平还有待于进一步提高。文中所论述的Connect 模块的相关技术，已通过编程实现，在实际的应用中取得了良好的效果。相信随着对该软件研究的不断深入，STK 以及未来拥有自主知识产权的卫星工具软件，将会在航天遥感领域拥有更为广阔的应用前景。

参考文献

［l］ Raiph C Patrick，Sheiia R Marshaii. STK Connect ［R］. AnalyticalGraphics，Inc.
［2］ STK/ VO User’s Manual［ R］. Analytical Graphics，Inc. 325 Technoiogydrive，Maivern，PA l9355.

［3］ Sheiia R Marshaii，Raiph C Patrick. STK/ PL Astrodynamics & Utilities［R］.Analytical Graphics，Inc

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