| 模块 | 说明 |
|---|---|
| 🪐 3D 轨道动画 | Three.js 渲染 ECI 惯性系轨道管、卫星标记、地面投影点、赤道环、坐标轴、星空;播放/暂停、进度拖拽、速度调节 |
| 🗺️ 2D 地面轨迹 | Leaflet 墨卡托投影多圈地面轨迹 + 卫星实时标记;离线地图瓦片(Esri 卫星图 / OSM) |
| 🌗 晨昏线黑夜区域 | 由太阳位置计算晨昏大圆,黑夜半球半透明填充,随地球旋转实时更新;极昼/极夜与跨日界线场景正确 |
| 📡 覆盖范围 footprint | 按轨道高度与最小仰角计算球冠:2D 填充 + 3D 地表圆环与卫星锥体;极点、跨日界线场景由 d3-geo 球面裁剪正确处理 |
| 🛰️ TLE 支持 | 快速加载(ISS / 天宫 / Hubble / NOAA 19 / GPS)或粘贴两行 TLE 自动解析,平近点角随时间推进;支持自定义历元与模拟开始时间 |
| 🛸 星座跟踪 | 一键加载并跟踪 GPS / 北斗 / 风云气象 / 星链 / 铱星 NEXT / 伽利略 / 格洛纳斯 / OneWeb 等星座,在线实时 TLE 优先、本地预设兜底;支持采样数量、卫星下拉选择、单星联动查看、星下点轨迹与覆盖热力图 |
| 🧮 轨道计算 | 开普勒方程求解、3-1-3 欧拉旋转 ECI 变换、含地球自转的地面轨迹、近地点/远地点/周期等轨道根数 |
| 📴 离线可用 | Leaflet / Three.js / 地球贴图 / d3 全部本地化于 static/vendor/,瓦片缺失时自动使用占位图;仅在线拉取 TLE(单星/星座)需要联网 |
pip install -r requirements.txt
python app.py # 启动后自动打开 http://127.0.0.1:5000需要 Python 3.8+。Windows 下可直接双击 start.bat:脚本会自动定位 python/py 启动器,首次运行自动安装缺失依赖,无需联网即可运行——所有前端库均已本地化,瓦片缺失时自动显示离线占位图。
python scripts/download_esri_tiles.py # Esri 卫星图 zoom 0-5(约 1365 张)
python scripts/download_tiles.py # OSM 地图 zoom 0-3瓦片目录(static/tiles/)体积大,已在 .gitignore 中排除,不入库。断网或未下载时页面会自动使用 static/placeholder.png 占位图;也可运行 python scripts/generate_tiles.py 生成网格占位瓦片。
侧边栏顶部可切换 单星 Satellite / 星座 Constellation 两种模式(二选一,星座数据缓存保留,切换不重新联网)。Constellation 星座跟踪 区域:
- 选择星座组(GPS / 北斗 / 风云气象 / 星链 / 铱星 NEXT / 伽利略 / 格洛纳斯 / OneWeb)与“最多显示卫星数”(星链/OneWeb 等大星座按此数量均匀抽样,避免渲染数千颗卫星);
- 点击 Load 加载星座:优先从 CELESTRAK 拉取实时 TLE(需联网);拉取失败或断网时自动回退到本地预设快照(
static/data/constellation_presets.json),结果面板会标明数据源与更新时间; - 3D 视图显示各卫星轨道环与实时位置,2D 地图显示卫星标记与星下点轨迹;轨迹时长可设为 10 分钟 / 30 分钟 / 1 小时 / 3 小时 / 6 小时 / 整段模拟时长(默认 1 小时,120 个采样点、节流刷新);选中某颗卫星时,其星下点轨迹与完整多圈地面轨迹(类似单星模式的长轨迹样式)会以黄色高亮,与星座组色区分;
- 通过 选择卫星下拉框 或点击 2D 地图标记切换高亮跟踪卫星,并查看其轨道参数;加载后默认不选中任何卫星(仅热力图),再次点击已选标记或在下拉框选择“不选择(仅热力图)”可取消选中,此时只保留全星座热力图;
- 点击 单星查看 可将选中卫星一键载入单星模式(表单、轨道与结果面板自动更新,含卫星名称);
- 开启 Coverage 覆盖范围:2D 地图以热力图显示全部卫星的覆盖区域,无需选中卫星,颜色随重叠卫星数量变化(1 蓝 / 2 青 / 3 绿 / 4 黄绿 / 5 橙 / 6-7 橙红 / 8-9 红-品红 / 10+ 深紫,GNSS 等密集区域可区分十几颗重叠);若选中某颗卫星,则额外显示该星的 3D 锥体/圆环与 2D 精确轮廓;Colorbar 色阶方案下拉可切换图例风格:默认(蓝→紫)、光谱 Spectral、暖色、冷色、Viridis、彩虹、灰度,切换即时生效且图例同步更新;
- 模拟开始时间(单星/星座共用)修改后,星座会按新时刻自动重算;
- 模拟时长 Sim Duration(小时) 控制进度条覆盖的模拟时间长度(0.5-168h,按星座周期调整,如 GPS 12h、LEO 1-3h),修改即时生效,无需重新计算;
- 点击 Clear 清除 返回单星模式。
大星座(如星链)默认按“最多显示卫星数”均匀抽样,避免浏览器卡顿;该数值可在 10-200 之间调节。
本地预设快照可用以下脚本随时刷新(需联网一次):
python scripts/fetch_constellation_presets.py| 接口 | 方法 | 说明 |
|---|---|---|
/api/compute |
POST | 输入 perigee/apogee/inclination/raan/arg_perigee/num_orbits/mean_anomaly(km、度),返回轨道根数、3D 轨道坐标、地面轨迹分段(JSON) |
/api/compute-constellation |
POST | 批量计算星座轨道:输入 satellites 数组(每项含 name 与轨道参数),返回每颗星的轨道环、多圈动画坐标与轨道根数 |
/api/fetch-tle |
GET | 按 NORAD ID(?catnr=25544)或星座组(?group=gps-ops)从 CELESTRAK 代理获取 TLE,解决跨域问题 |
app.py Flask 后端(API + 页面)
orbit_calc.py 轨道计算核心(开普勒方程、ECI/ECEF 变换、地面轨迹)
templates/index.html 单页前端(Three.js 3D + Leaflet 2D + d3-geo SVG 覆盖层)
static/
vendor/
leaflet/ Leaflet JS/CSS/图标(本地化)
three/ Three.js 模块与 OrbitControls(本地化)
textures/ 地球贴图(本地化)
d3-array.min.js d3-array(本地化)
d3-geo.min.js d3-geo(本地化)
data/ 星座本地预设快照(constellation_presets.json)
tiles/ 离线地图瓦片(esri / osm)
placeholder.png 离线地图占位瓦片(缺失瓦片自动回退)
docs/
screenshots/ 运行截图
scripts/ 工具脚本
download_esri_tiles.py Esri 卫星瓦片下载
download_tiles.py OSM 瓦片下载
generate_tiles.py 占位瓦片/回退瓦片生成
fetch_constellation_presets.py 抓取 CELESTRAK 星座 TLE 生成本地预设
start.bat Windows 启动脚本
- 2D 覆盖层渲染:晨昏线黑夜区域与覆盖球冠以球面多边形(GeoJSON)交给
d3.geoPath渲染——d3-geo 内置 antimeridian 与极点球面裁剪,跨日界线/极地场景自动拆分为正确的子路径;投影同步层使用L.CRS.EPSG3857.latLngToPoint(浮点、无取整)与 Leaflet 像素坐标精确对齐 - 物理模型:二体问题、圆/椭圆轨道;
MU = 398600.4418 km³/s²、R_EARTH = 6378.137 km、OMEGA_E = 7.2921159e-5 rad/s;纬度采用地心纬度(非大地纬度),存在轻微近似 - 离线策略:页面不引用任何 CDN;Leaflet、Three.js、OrbitControls、地球贴图与 d3 全部位于
static/vendor/;地图瓦片缺失时errorTileUrl回退到static/placeholder.png。只有实时 TLE 拉取(/api/fetch-tle)依赖外部网络,失败时星座自动使用本地预设快照 - 星座实现:前端解析多星 TLE 并按模拟开始时间传播平近点角,后端批量计算(ECI 动画数组),动画按各星周期模长插值,统一由地球自转(GST)驱动 2D/3D 同步
- 开发提示:Flask 以
debug=False运行时会缓存模板,修改templates/index.html后需重启python app.py
本项目全程使用 AI 工具辅助开发与协作:
- opencode / Codex / Reasonix 作为开发与协作工具
- DeepSeek V4 Flash / Pro 作为主要模型
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地图瓦片版权归各数据提供方(Esri / OpenStreetMap),仅供学习研究使用。