LEO卫星轨道控制方法研究及仿真

摘要

21世纪以来，我国的航天事业发生了翻天覆地的变化，不论从航天器的数量、种类还是科技含量上来说都取得了长足的发展，据统计，至2013年底，我国在轨运行的卫星总数将突破100颗，涵盖的种类有通信、定位、遥感、测绘、海洋、气象等，将产生更加巨大的经济效益、军事效益和社会效益。而其中相当一部分是采用太阳同步轨道的LEO(Low Earth Orbit)卫星。由于LEO卫星受大气阻力、日月引力等因素影响，其轨道特性会发生改变，因此需要通过轨道控制进行保持。此外，通过轨道控制，还可以完成一些特定的任务。下面给出了四个方面的研究内容:
　　 (1)对LEO卫星所受到的地球形状、大气阻力、太阳光压和日月引力等摄动因素进行了详细的分析，分别给出了摄动模型，进一步研究了对轨道各个根数的影响。LEO卫星常见的轨道都是利用某个或多个摄动因素设计的，因此，分析轨道设计和摄动因素之间的内在关系是十分重要的。
　　 (2)实施轨道控制必须针对相应的任务需求，因此从升（降）交点地方时保持、地面覆盖、编队飞行、轨道机动等方面进行了任务需求分析，突出了LEO卫星轨道控制的重要意义。
　　 (3)为保证卫星有稳定光照条件和较好的对地观测条件，必须进行降交点地方时保持。从影响降交点地方时漂移的因素入手，给出了倾角偏置和半长轴偏置两种保持方法，并进行了仿真比较，最终确定了最优的轨道控制方法。倾角偏置实现了降交点地方时的保持，但对卫星星下点轨迹保持产生了很大的影响。接着深入分析了倾角偏置对星下点轨迹漂移的影响，进一步研究了半长轴衰减和倾角变化引起的星下点轨迹漂移规律，提出了增大半长轴偏置量的控制方法，并给出了计算模型和仿真结果。给出了编队飞行的保持方法，进一步提出了旨在提高控制精度的基于地面定轨结果的星间相对半长轴精确确定方法。
　　 (4)分析了轨道机动的实质，给出了轨道机动的计算模型，制定了轨道机动策略，并在STK中进行了仿真分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究的背景和意义

1．2 国内外现状

1．3 论文主要工作

1．4 STK仿真软件简介

第二章 LEO卫星主要摄动因素及轨道类型

2．1 LEO卫星主要摄动因素

2．1．1 地球非球形摄动

2．1．2 大气阻力摄动

2．1．3 太阳光压摄动

2．1．4 第三体引力摄动

2．2 LEO卫星主要轨道类型

2．2．1 太阳同步轨道

2．2．2 回归轨道

2．2．3 临界和冻结轨道

2．3 轨道控制方程

2．4 近圆轨道控制动力学模型

第三章 LEO卫星轨道控制任务需求

3．1 升(降)交点地方时保持

3．2 地面覆盖

3．3 编队飞行

3．4 轨道机动

第四章 LEO卫星轨道保持

4．1 降交点地方时保持

4．1．1 降交点地方时漂移分析

4．1．2 降交点地方时保持策略

4．1．3 小结

4．2 星下点轨迹保持

4．2．1 星下点轨迹维持的一般方法

4．2．2 倾角偏置对星下点轨迹漂移的影响

4．2．3 半长轴和倾角同时变化对星下点轨迹漂移的影响

4．2．4 小结

4．3 编队飞行构形保持

4．3．1 编队飞行构形保持方法

4．3．2 相对半长轴精确确定方法

4．3．3 小结

第五章 LEO卫星轨道机动控制

5．1 轨道机动的指导思想

5．2 霍曼变轨(Hohmann Trajectory)

5．3 轨道机动的计算模型

5．4 轨道机动策略

5．5 仿真分析

5．6 小结

第六章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文与取得的其他研究成果