基于受摄轨道模型的小卫星轨道摄动分析研究

小卫星在实际运行中受到多种摄动力的作用,这会对其轨道造成不同程度的影响,因此在小卫星的轨道设计与控制中,摄动是必须考虑的重要因素。本文以500km高的小卫星太阳同步轨道为研究对象,运用轨道摄动的基本理论,估计了地球非球形引力、大气阻力、太阳光压及第三体引力的量级并进行比较;建立小卫星轨道摄动分析模型,并在此模型的基础上,利用计算机仿真技术,对小卫星轨道摄动问题展开仿真研究,验证了几种主要摄动力的量级估计的结果,分析比较了几种主要摄动力对小卫星运行轨道的影响程度及规律,本文结果对小卫星轨道设计与控制具有很好的参考价值。

基于小波变换的轨道摄动时间序列建模及仿真

卫星摄动分析是卫星定轨的关键。卫星摄动变化规律复杂,直接影响定轨精度和计算效率。在摄动力分类和轨道摄动偏差统计分析的基础上,给出了一种基于小波变换的卫星轨道摄动时间序列分析建模方法。研究了基于小波变换的卫星轨道摄动偏差特征提取方法,能够对轨道摄动偏差做出很好的预测和噪声平滑;采用时间序列分析方法,构造了摄动偏差残差的统计模型;建立了基于卫星轨道摄动偏差残差AR(2)平稳时间序列表示的稀疏参数化卫星摄动的精确模型,达到对卫星轨道进行有效预测的目的。

低高度环月卫星轨道摄动分析和计算

研究了各种摄动因素对低月球卫星轨道的影响,通过建立环月轨道的计算模型,编制了相应的计算程序;分析了各种状态下低高度月球卫星圆轨道的摄动情况,并对极圆轨道月球卫星的摄动情况进行研究。通过算例及求解结果分析,验证了文中方法的可行性和正确性。该方法对于我国探月工程的轨道设计和计算具有重要的理论意义和参考价值。

月球卫星轨道摄动及冻结轨道研究

利用理论分析、数值仿真与相图分析,论述了月球卫星冻结轨道与地球卫星冻结轨道的区别,分析结果表明,月球重力场存在较大异常,会引起月球卫星轨道发生较大漂移。月球冻结轨道在田谐项影响下,还存在中等周期的漂移。仅简单考虑带谐项系数,无法求得完美的月球冻结系数。月球重力场异常对绕月卫星的影响与地球相比存在很大区别。月球轨道卫星的长期运行与控制策略的设计,不能按照地球轨道卫星的传统方法。目前使用的月球引力模型精度较差,尽管基于这些不可靠的引力模型,可以得出很多有用结论,但对未来高精度的月球探测任务来说,还存在不足,需要在将来的月球探测任务中,探测高精度的月球重力场,以利于未来月球探测航天系统的任务分析与设计。

太阳活动对卫星轨道摄动影响仿真

该文分析了高层大气与太阳活动有关的11周年变化、27天变化以及周日变化,讨论了考虑太阳活动的MET模式大气密度计算途径,并且介绍了卫星大气阻力加速度模型。从而,建立起反映太阳活动的太阳10.7cm辐射流量与卫星轨道摄动的关系模型。在此基础上,该文设计出仿真实验方案对该问题进行数值模拟。仿真结果得出了不同太阳活动水平下对同一轨道卫星的长半轴、偏心率影响的衰减曲线。结果还表明,利用计算机数值仿真的方法研究轨道摄动经济、安全、可靠性高,并且符合理论分析结果。

考虑轨道摄动影响的多冲量交会规划方法研究

当交会时间较长时需要在轨道规划中考虑摄动的影响,本文基于虚拟瞄准点的思想,研究了考虑轨道摄动情况下的固定时间拦截问题求解方法,并提出了考虑轨道摄动影响的多冲量交会规划方法。通过仿真算例验证了算法的有效性,并对基于二体模型和考虑摄动的规划结果进行了对比。

卫星轨道摄动的小波平滑

人造卫星的摄动变化规律是一个十分复杂的问题,对其各种因素影响的分析是极其困难的。本文在轨道根数摄动计算的基础上给出了一种基于小波分析的方法,能够对轨道摄动作出很好的精确预测,而且能够消除计算和实际存在的噪声误差,对信号作出很好的平滑。

基于轨道摄动解的卫星编队飞行(英文)

用完全不同的方法推导出一种两颗卫星相对运动的表达式。首先,它描述的是一颗真实的卫星相对一颗在理想轨道上运动的虚拟卫星的运动,而这正是研究编队飞行所必须的;其次,这个表达式将真实卫星相对虚拟卫星的三维位置表示成虚拟卫星的Brouwer平根数及两卫星轨道根数之差的函数。据此便可以充分应用已有的关于轨道摄动的研究成果。作为一个基本模型,首先讨论了一颗真实卫星相对虚拟卫星形成椭圆型地面轨迹的飞行方式。基于轨道长期摄动的已有结果可以很容易地揭示这种飞行方式的长期变化,从而可以毫无困难地制定出轨道调整的策略。最后还研究了三颗卫星以同一条椭圆轨迹飞行的轨道设计和控制问题,该椭圆以虚拟卫星为中心。

卫星轨道摄动频谱分析

本文基于Ｌｉｅ级数的方法对卫星轨道摄动进行了频谱分析。这种摄动是由地球引力场的所有带谱调和项和田谐调和项引起的。为了适用于小偏心率轨道，采用了Ｈｉｌｌ变量来描述卫星轨道，并在所获得的谱分析式中保留了所有与偏心率ｅ无关的项。在这个基础上又经过简单的变换给出了卫星位置摄动三分量的谱分析式。

综合孔径辐射成像系统的轨道摄动误差修正

为了提高综合孔径辐射成像系统在地球物理摄动因素影响下的图像精度,对低轨星载综合孔径辐射成像系统的成像误差的修正方法进行了研究,提出了针对地球形状摄动、大气阻力摄动以及两种摄动共同作用的空域补偿动力学模型,结合空域摄动法和数值分析方法对这一空域误差补偿动力学模型进行了模型简化以及误差补偿算法的研究,并给出了空域补偿算法的流程图。仿真结果表明,所提出的空域补偿算法极大地提高了综合孔径辐射成像系统对于目标场景物体的恢复精度,有效降低了综合孔径辐射成像系统成像的摄动力误差。

轨道摄动影响GNSS卫星可见性的分析研究

针对GNSS卫星轨道数据受到摄动力的影响产生偏差的现象,研究轨道扰动对卫星可见性的影响.借助STK(Satellite Toolkit)仿真软件,结合TowBoday、J2、J4和HPOP四种轨道预报模型对卫星轨道进行仿真研究;选取TowBoday、J2和HPOP三种模型对星座系统仿真,生成地面测控站对星座卫星的可见性分析报告.仿真结果表明:摄动力会对卫星轨道产生扰动;引入摄动力的轨道方程能解算出更为准确的轨道根数;HPOP模型能更为精确地进行卫星轨道的预报,在该模型下,纬度和经度方向上的最大误差分别为0.076°和0.115°,径向方向上高度最大误差为3.226km;卫星轨道的扰动对卫星可见性产生一定的影响,最大误差为9.913s.

编队飞行卫星群相对轨道摄动运动分析

编队飞行卫星群在运行过程中将受到各种摄动因素的影响,相对运动队形可能受到破坏而影响飞行任务的完成。针对中、低轨道编队飞行任务,分析了各种摄动因素对编队卫星相对队形的影响;导出了编队飞行卫星群相对队形的稳定条件;最后,结合稳定条件对典型编队队形进行了分析。

考虑轨道摄动的外热流计算分析

为改进传统外热流算法未考虑外热流经多次反射后的吸收和国外商业软件未考虑轨道摄动及太阳矢量变化对外热流的影响等不足,重新定义了外热流角系数和外热流辐射传递因子,综合SGP4轨道模型和Gebhart方法,给出了考虑摄动等因素的辐射传递因子和轨道外热流计算模型,以及相应的计算流程。通过仿真分析论证了考虑多次反射及摄动等因素的重要性。

基于广义相对论的轨道摄动下星间激光相位比对

针对纳米到皮米量级星间激光测距,在地心非旋转坐标系(GCRS)下,考虑卫星轨道摄动引起的广义相对论效应,建立了星间单向以及双向星间激光相位比对模型。通过仿真研究了地球主引力场范围内轨道摄动引起的广义相对论效应对星间激光相位比对误差的影响,并通过星间激光相位比对误差计算星间激光测距误差。不同轨道高度的卫星仿真结果表明,对于地球主引力场卫星,轨道摄动引起的广义相对论效应测距误差最小在百皮米量级,最大达到微米量级。星间距相同时,轨道高度越高,轨道摄动引起的广义相对论效应测距误差越小;轨道高度相同时,星间距越大,轨道摄动引起的广义相对论效应测距误差越大。

小行星探测器轨道计算的动力学研究

针对中国即将开展的小行星探测活动中面临的轨道计算动力学问题进行研究。分析了小行星探测器轨道计算的需求,并对小行星轨道计算中涉及的时空参考系进行了描述,然后对轨道计算所需考虑的动力学模型进行了讨论,并给出了各类摄动加速度的计算公式。最大的是太阳引力加速度,约为10^(-6)km/s^(2);最小的是小行星本体摄动加速度,约为10^(-12)~10^(-13)km/s^(2)。利用欧空局Rosetta探测器的实测数据对动力学模型精度进行了验证,结果表明4天弧段位置互差约15 m,速度互差约0.44 mm/s,动力学模型精度可靠。本研究可以为中国小行星探测活动轨道计算提供参考。

卫星遥测数据驱动的轨道实时仿真方法

为了满足卫星在线仿真需求,提出基于卫星遥测数据的轨道仿真计算方法。针对轨道动力学特性和仿真精度要求,选取了合适的数值积分方法。设计了遥测数据实时驱动下的轨道推算方法,通过优化轨道更新频率和合理设置积分步长,提高了运算效率。并基于此进一步设计了相对轨道推算方法,能够为卫星协作或对抗仿真提供支撑。提出的方法减小了在线计算量,采用某颗低轨卫星GNSS轨道数据进行验证,计算速度和精度能够满足多星在线仿真需求。

MEO非共振轨道导航星座摄动补偿控制

针对我国新一代全球导航星座长期构型维持控制问题,提出了MEO星座构型状态描述方法,分析了主要摄动力和轨道参数偏差作用下的星座构型演化规律,结合实测数据对稳定性规律进行了验证;研究了参数偏置摄动补偿控制原理,提出了一种改进的解耦控制方案,分析了星座部署时间对摄动补偿控制量的影响规律,得到了一些有益的关键性结论,为我国全球导航系统的星座构型设计和运控策略制定奠定了基础。

摄动椭圆参考轨道上的最优精确交会

针对椭圆参考轨道附近的交会问题,给出了数值梯度寻优算法和遗传寻优算法用于确定最优转移时间和最优双脉冲,并解决了双脉冲半圈交会和整圈交会的奇异问题。在此基础上,考虑地球J2带谐项对相对运动的影响,给出了采用线性梯度的迭代算法,并将其用于摄动下的燃料最优双脉冲交会制导。采用不同偏心率的参考轨道进行了交会仿真,结果表明该迭代交会制导算法简单可行,适用于圆参考轨道和任意偏心率的椭圆参考轨道附近的远距离交会。

两种地影模型中卫星轨道光压摄动比较

柱形地影是讨论卫星光压摄动时最简单的地影模型。为了提高光压摄动定轨精度,给出了方便使用的锥形地影模型,且利用J2000.0地心平赤道坐标系中太阳的平均椭圆轨道根数和Heun算法,对柱形和锥形两种地影模型,就几种不同的中低轨道高度卫星的光压摄动轨道进行了仿真和比较。结果表明,两种地影模型下轨道在5个小时的仿真时间段内,其差在10-9km量级范围,且随着时间的推移,由于光压的持续作用,两种地影模型下计算得到的摄动轨道差越来越大。可见,对中低高度轨道卫星来说,在5小时的时间段内光压摄动解的误差精度要求优于10-9km量级范围以内,特别是轨道高度大于4000km时,需要考虑使用锥形地影模型。

扁率摄动对地球同步轨道SAR成像聚焦的影响分析

针对地球同步轨道星载合成孔径雷达(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar,GEOSAR)长合成孔径成像受地球扁率摄动影响的问题,推导了卫星不同轨道根数受摄动所导致的雷达回波多普勒调频率和2次相位公式,通过分析扁率摄动对成像的影响,得到结论:地球扁率摄动使雷达回波产生附加的2次相位调制,相位调制的主导成分是卫星轨道长半轴受摄分量,相位调制幅度与成像所采用的轨道弧段有关,2次相位调制总量经过分钟量级的长合成孔径累积几乎在卫星运动全周期超过45°的容限。雷达成像聚焦不能简单忽略扁率摄动的影响,必须采取相应的补偿措施,否则会造成图像散焦。