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基于瞬时根数的卫星轨道预报计算方法研究及应用

孟祥强  
【摘要】:卫星轨道预报对于测站或接收站跟踪卫星并接收数据,遥感卫星区域目标或点目标成像访问以及卫星成像规划等任务或应用具有重要的指导意义。目前用于轨道预报的最常用的两类根数是两行根数TLE和瞬时根数。采用TLE结合SGP4模型可以快速地预报所需时刻的卫星位置和速度,但SGP4模型毕竟是摄动力解析模型,简化了很多作用力影响。在已知卫星的物理参数和空间动力学参数的情况下,采用瞬时根数可以更精确地进行轨道预报。国内外已经发展出专门用于瞬时根数轨道预报的模型和软件,其中西安卫星测控中心的轨道计算程序(以下简称26程序)和STK软件的HPOP(High Precision Orbit Propagator,简称HPOP模型)已被广泛应用。但它们对于预报稠密星历的低效率以及不可扩展性都制约了其在更深层面的应用。因此,基于瞬时根数的轨道预报方法研究对于卫星数据的及时有效接收和应用具有重要意义。针对太阳同步轨道、地球同步轨道和大椭圆轨道这三种主要的轨道类型,本文实现了综合考虑各种主要作用力的摄动力模型,提出了一种基于瞬时根数的高效率轨道预报方法。主要研究内容和工作如下:1)实现了适用于不同轨道高度的卫星摄动力模型。模型综合考虑了地球非球形及质量不均匀、日月引力、太阳光压以及大气阻力摄动对轨道演变的影响。2)提出了一种基于瞬时根数的WIAC(a method based on Adams-Cowell integration,with interpolation formula of position and velocity)轨道预报方法。对于轨道方程的积分以Adams-Cowell方法为基础,针对稠密星历的预报加入了位置和速度的插值公式,设计了一种特定的变步长积分以适应大椭圆轨道的特点。该方法在具有比较高的计算精度的前提下,提高了计算效率。3)将WIAC方法应用于卫星地面接收站网的轨道计算服务。该方法已被用于实现更多的功能,包括星下点经纬度和太阳高度角计算、接收站测站跟踪预报、地影区计算、地面成像计算、点目标和区域目标访问计算、外推根数预报以及进出中继卫星通讯圈计算。


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