星载轨道预报算法和轨道机动仿真研究

摘要

本文主要针对星载轨道计算算法和对地观测小卫星的轨道机动仿真开展工作，研究了星载传统解析预报方法，提出了一种星历计算数值方法。传统算法难以满足卫星平台未来高精度轨道应用的要求，尤其不能满足星载自主导航技术的需求。星载计算机系统性能的提高，为星载轨道计算算法的更新提供了硬件条件。本文采用简化的轨道动力学模型和嵌套一定插值方法的积分器，实现了一种适合星上使用的卫星星历数值算法，并通过实测数据进行了算法精度分析。　　 我国对地观测小卫星大部分都是近圆太阳同步轨道，根据任务要求，其轨道机动任务一般是在同倾角不同高度的圆轨道间完成。针对小卫星的任务和技术指标的要求，设计了轨道机动的软件模块和主要程序。并且研究了脉冲式霍曼变轨与完成相同任务的有限推力变轨在燃料消耗方面的差距。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1.1论文背景及研究目的和意义

1.2卫星自主导航中的星历计算

1.3论文研究内容

1.4论文章节安排

第二章航天器轨道计算的轨道动力学模型

2.1坐标系

2.1.1空间坐标系

2.1.2各坐标系之间的转换关系

2.2时间系统

2.2.1恒星时ST

2.2.2世界时UT

2.2.3协调世界时UTC

2.2.4 GPS时间系统

2.2.5动力学时

2.2.6历元的取法和年的长度

2.2.7 TAI与UTC之间的转换

2.2.8 UTC到UT1的转换关系

2.2.9格林尼治恒星时的计算

2.3力学模型

2.3.1地球引力

2.3.2日、月引力

2.3.3太阳辐射压力

2.3.4大气阻力

第三章星载轨道预报数值算法

3.1星载自主轨道确定系统的卫星状态量算法

3.2力学模型的简化

3.3地球引力场阶数选取

3.4嵌套插值方法的积分器

3.5算法精度的评估

3.6本章小结

第四章高精度轨道计算系统

4.1轨道动力学模块功能

4.2处理流程

4.3基本模块功能说明

4.4基本子程序功能说明

4.5天文常数和需用的时间坐标系

4.6力学模型

4.7积分器

4.7.1 RKF公式

4.7.2内插方法

4.8仿真结果

4.8.1仿真1

4.8.2仿真2

4.8.3仿真3

4.8.4仿真4

4.8.5仿真5

4.9本章小结

第五章轨道机动仿真研究

5.1轨道控制参数计算

5.1.1变轨速度增量与其它轨道参数的关系

5.1.2轨控开机长度的计算

5.2轨道机动方案

5.2.1机动过程描述

5.2.2系统处理流程

5.3轨道机动仿真

5.3.1仿真1

5.3.2仿真2

5.4本章小结

第六章论文总结

6.1总结

6.2创新点

附录A空间轨道运动常用术语

参考文献

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致谢