地球非球形引力位中田谐项摄动的有关问题

在人造卫星绕地球运动中 ,地球非球形引力摄动是最重要的 .讨论了容易被忽视的田谐项摄动 ,尽管它对低轨卫星的影响 ,只相当于J2 项的二阶量 ,又是短周期效应 ,但它却包含了大 1 0多倍的地球自转项 ,必须给以重视 .还导出包含全部阶次田谐项的摄动解 ,并分离出地球自转项 ,对轨道半长径a还增加了 (J2 ×Jlm)联合摄动的地球自转项 。

环火探测器非球形引力摄动运动的频率分析方法

环火探测器的摄动分析解对于分析探测器轨道运动规律以及星载计算具有比较重要的意义。针对火星非球形引力摄动影响下环火探测器的运动,采用频率分析方法,对环火探测器轨道运动进行仿真,得到了与KAM理论一致的结果,在火星非球形引力摄动作用下的环火探测器轨道位于一个不变环面,可由3个角变量的频率描述。利用该方法,采用数值方法构建轨道运动的分析表达式,通过与数值积分结果的比对,证明该分析表达式具有较好的精度,适合长时间的轨道外推,可以满足航天任务的星载应用需求。该方法不仅可以给出环火探测器在任意时刻的轨道状态量,同时可以较高精度地确定3个角变量的变化率,反映一定的轨道变化规律。

非球形引力位中J_3项对轨道的影响及应用

地球的非球形引力摄动是人造卫星环绕地球飞行过程中所受到的摄动中较重要的一项。在人造卫星的精密定轨和卫星位置的预报中,人们往往对J2项比较重视,但是对于J3项的研究比较少。为了解J3项的性质,文中分析了非球形引力位中J3项对于卫星轨道的影响,通过严格的公式推导,得到J3项对轨道偏心率以及轨道倾角的影响,详细地介绍利用它形成冻结轨道的基本原理。通过数值实验对得到的基本理论以及应用进行验证。结果表明J3项是冻结轨道形成的重要因素。

在非球形引力摄动下金星轨道器运动的分析解

给出了行星轨道器在慢自转中心天体 (如金星、水星等 )非球形引力摄动下运动的分析摄动解 ,它适用于 0 <e <1 ,e是行星轨道器的轨道偏心率 ,并针对两个金星轨道器 (PVO和Magellan) ,将相应的分析摄动解与数值解做了比对 。

地球非球形对卫星轨道的长期影响及补偿研究

首先建立了地球非球形引力摄动模型,通过对地球非球形引力摄动对卫星轨道的长期影响分析发现,地球非球形引力摄动对卫星轨道升交点赤经和沿迹角的漂移量与时间成近似线性关系;然后推导了通过主动偏置半长轴和倾角的方法来补偿摄动长期影响的计算公式,设计了基于仿真的地球非球形引力摄动补偿方法;最后对G lobalStar星座卫星进行仿真与试验。结果表明,设计的补偿方法是可行的,摄动补偿后在地球非球形引力摄动作用下卫星轨道的长期稳定性得到了很好的保持。

基于不同天文标准计算地球引力对卫星轨道的影响

建立了一个考虑地球非球形引力摄动的卫星轨道摄动模型并用C++语言编写程序进行轨道计算,其积分器采用Runge-Kutta-Fehlberg7(8)。建模过程中,对岁差、章动等量的计算分别考虑了美国海军天文台1981年和2005年的两种天文标准。通过与STK对比,发现无论采用哪一种标准,轨道传播两天后的位置误差都不会超过分米量级,速度误差不会超过毫米每秒的量级。说明了建模和编程计算的合理性,以及采用新旧两种天文标准计算卫星轨道的差别甚小。

基于几何分析法的低轨星座设计

针对导航增强的实时性、连续性及高精度定位等需求,提出一套基于几何分析法的低轨星座设计方案。首先确定单星对地覆盖场景的关键要素,结合具体情况并通过几何约束关系得出基本参数;然后提出一种混合星座设计方法,综合考虑地球非球形引力对卫星轨道的影响,以确定混合星座的参数配置;最后通过仿真实验论证方案的可行性。仿真结果表明,本文方案设计的星座能够提供满足用户需求的导航增强功能,在卫星的覆盖层数、几何分布及轨道稳定性等方面表现优异,为低轨导航增强领域的发展提供了数据支撑。

高阶带谐摄动下卫星相对运动精确动力学模型

在考虑J2项摄动的卫星相对运动精确动力学模型基础上,推导了可以精确到任意阶带谐非球形引力摄动的卫星相对运动精确动力学模型,还给出了一组简洁的基于参考卫星轨道要素(Reference Satellite Variables)的微分方程,能够描述精确到任意阶带谐非球形引力的卫星地球轨道运动。由于在模型推导过程中没有引入任何简化,新推导的结果适用于任意偏心率的地球轨道。

卫星轨道偏心率的变化特征及其对轨道寿命的影响

轨道偏心率的变化极其重要,它是制约各类(不同高度)空间飞行体轨道寿命的关键因素之一。对于地球低轨卫星,主要受大气耗散作用的影响,而对环月(或环火星)低轨卫星,主要受非球形引力位中奇次带谐项的影响,会出现变幅较大的长周期变化,从而导致近星点高度h_p在一段时间内有明显的下降趋势。对大偏心率轨道和高轨道,第三体的引力作用也会使e出现变幅较大的长周期变化,近星点高度h_p也会有明显下降的现象,这都会影响卫星的轨道寿命,但这一动力学机制与大气耗散机制和非球形引力机制都不相同。即对轨道偏心率的变化特征及其对轨道寿命的影响作一综述。

大行星、月球和小天体环绕型探测器的轨道问题

针对环绕型探测器的轨道,以具有不同物理特征的大天体(金星、火星和月球等)为例,根据它们的质量大小(决定其引力作用范围的大小)、密度分布和形状特征(决定其非球形引力场的特征),具体阐述了它们各自环绕型探测器轨道的可能形式和不同的变化特征,另外介绍了小天体探测时的两种伴飞形式。关于环绕型探测器的轨道特征,如月球无大气,对其低轨探测器而言没有能量耗散影响,却同样有轨道寿命问题,而且由于其质量分布不均匀,这种现象还与轨道倾角有密切关系;而对火星的环绕型探测器而言,尽管有类似现象,但与轨道倾角的关系却大不相同。这些重要的轨道变化特征,可为深空探测中目标轨道的选择和设计提供依据。

中间轨道实用化的进一步探讨

对于受摄二体问题,通常都是处理成一个变化椭圆轨道问题.而对于强摄动情况,椭圆变化太快,人们希望能找到另一种更接近真实运动的所谓中间轨道来代替椭圆轨道.特别针对一些环绕大行星(包括地球)或小行星运行的低轨卫星(探测器),因中心天体的扁率影响较大,给出了几类中间轨道.如Vinti型中间轨道,它可完整地包含扁率项的摄动影响.但它毕竟不能完全反映中心天体的非球形引力作用,在此基础上再去求各种剩余摄动是否简单,人们作了一些有益的探讨.本文就是在此背景下对Vinti型中间轨道的实用化作进一步的深入探讨.结果表明,对一些特殊的中心天体,中间轨道还是有一定实用价值的.

高精度重力场下回归轨道半解析优化设计

为解决太阳同步回归轨道的标称设计问题,提出一种基于高精度重力场的半解析优化方法。建立地球非球形引力摄动阶数为J_(15)的高精度重力场解析模型,并分离出引力摄动的长期项和长周期项。构建回归轨道从半长轴到平交点周期的对应关系,平交点周期变化随引力摄动阶数的提高而逐渐收敛。通过微分修正迭代算法所确定的半长轴相对于传统J_2摄动模型的半长轴确定值具有更高的精度和更好的稳定性。考察摄动短周期项影响下的密切交点周期,结果表明其受初始位置(平近点角)影响较大,变化范围为0.015 s,并由此给出精确回归轨道优化设计的基准:不同的初始位置上满足星下点轨迹严格回归的半长轴期望值。

GPS信号模拟器卫星状态参数的算法研究

GPS信号模拟器模拟产生GPS接收机前端接收到的卫星信号,其中需要确定的关键参数是GPS卫星的6个轨道参数。通过对地球引力场的摄动力进行分析,本文研究了作用于卫星上的力以及GPS卫星的运行规律,通过公式推导得出了利用某一时刻卫星轨道信息计算任意时刻卫星6个轨道参数的算法,并通过Matlab仿真分析不同轨道面的GPS星座分布、卫星地迹随时间的变化规律和GDOP值,从而验证了计算得到的卫星轨道参数满足模拟器的设计及性能要求。

区域卫星导航系统星座结构演化

对影响区域卫星导航系统卫星星座结构的各类因素进行了综合分析，用分析法或数值法给出了主要摄动力对卫星轨道影响的计算公式和结果，并得出以下结论：高轨卫星平经度漂移主要是由于地球引力田谐项摄动作用的结果；卫星倾角矢量的漂移主要是由于日月引力和地球带谐项的作用；卫星入轨偏差会引起星座整体结构的紊乱。

区域卫星导航系统星座结构演化

对影响区域卫星导航系统卫星星座结构的各类因素进行了综合分析，用分析法或数值法给出了主要摄动力对卫星轨道影响的计算公式和结果，并得出以下结论：高轨卫星平经度漂移主要是由于地球引力田谐项摄动作用的结果；卫星倾角矢量的漂移主要是由于日月引力和地球带谐项的作用；卫星入轨偏差会引起星座整体结构的紊乱。

GEO/IGSO/MEO卫星轨道根数演化分析

本文针对GEO、IGSO、MEO三类卫星,分析了在地球非球形引力影响下的卫星轨道根数变化情况。并采用两年的精密星历反算了GPS卫星的轨道根数长期变化情况,分析了其周年、半年、半月变化的产生原因。对卫星入轨偏差影响进行了分析,得出轨道长半轴入轨偏差是决定卫星实际轨道相对设计轨道演化的重要因素。最后对星座相对结构演化及轨道西移的影响进行了分析。

高精度火星大气制动轨迹智能高效优化方法

大气制动技术是减少深空探测任务燃耗的重要手段.本文面向火星大气制动轨迹优化问题,提出了一种高精度火星大气制动轨迹快速优化方法.首先,构建了全维度非球形引力摄动动力学方程,并基于此完成了火星大气制动轨迹参数的敏感性分析,结果表明近火点高度在高精度模型下存在波动现象.然后,应用深度神经网络发展了大气制动轨迹参数快速估算方法,提出了受控火星大气制动轨迹优化模型,并采用遗传算法进行优化.数值仿真结果表明,本文所提方法较传统简化动力学方法在计算效率和精度方面优势明显.