應(yīng)急觀測小橢圓軌道設(shè)計(jì)及軌道機(jī)動(dòng)方法研究.pdf

1、衛(wèi)星提供的天基信息支持能有效支援軍事活動(dòng)與地面救援任務(wù)，已成為對突發(fā)事件迅速反應(yīng)不可或缺的空間力量，然而如何減小成本并提高響應(yīng)能力，是空間快速響應(yīng)技術(shù)十分關(guān)注的一個(gè)問題。本文以此為背景，對應(yīng)急觀測任務(wù)衛(wèi)星小橢圓軌道設(shè)計(jì)方法及J2攝動(dòng)下在軌衛(wèi)星有限時(shí)間內(nèi)星下點(diǎn)軌跡調(diào)整優(yōu)化算法和解析算法進(jìn)行研究，主要完成如下內(nèi)容：
　　針對應(yīng)急救災(zāi)只需數(shù)天精確觀測的特點(diǎn)，提出了一種僅短期處于近地點(diǎn)附近執(zhí)行觀測任務(wù)的小橢圓軌道設(shè)計(jì)方案并推導(dǎo)了設(shè)計(jì)方法，

2、解決了低軌圓軌道減小大氣阻尼與提高地面分辨率不能兼顧的矛盾。針對重訪要求設(shè)計(jì)了小橢圓回歸軌道；重點(diǎn)針對橢圓軌道地面分辨率約束，建立了地面分辨率與近地點(diǎn)的聯(lián)系，利用拱線的旋轉(zhuǎn)規(guī)律推導(dǎo)了小橢圓軌道觀測判據(jù)及地面分辨率控制參數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)則；針對中高緯地區(qū)即時(shí)光照強(qiáng)度不能由降交點(diǎn)地方時(shí)確定的問題，歸納了地球任意一點(diǎn)地面光照強(qiáng)度計(jì)算方法，反過來針對地面光照約束，推導(dǎo)了地面任意一點(diǎn)指定光照強(qiáng)度當(dāng)日臨界時(shí)刻的計(jì)算方法。
　　以星下點(diǎn)軌跡模型為基礎(chǔ)，

3、設(shè)計(jì)了變軌控制參數(shù)優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)了在軌衛(wèi)星星下點(diǎn)軌跡精確調(diào)整。針對逐點(diǎn)搜索精度高效率低的問題，結(jié)合平均軌道理論建立了末端滑行模型，設(shè)計(jì)了改進(jìn)的單脈沖數(shù)值算法。針對多脈沖優(yōu)化模型局部極小多的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了將遺傳算法和非線性規(guī)劃算法通過內(nèi)外層方式組合的雙層算法，解決了遺傳算法對本問題的早熟現(xiàn)象，提高了計(jì)算效率。給出了四脈沖以內(nèi)的算法結(jié)果，表明帶初始滑行段的單脈沖是最優(yōu)脈沖。針對目標(biāo)軌道給定的多脈沖軌跡調(diào)整，分析了可行域的特點(diǎn)，驗(yàn)證了遺傳算法能

4、有效地求解該優(yōu)化模型。算法結(jié)果驗(yàn)證了目標(biāo)軌道分別為圓軌道和橢圓軌道的兩種情況，各自至少只需兩個(gè)脈沖和三個(gè)脈沖實(shí)現(xiàn)星下點(diǎn)軌跡調(diào)整。
　　最后，推導(dǎo)了星下點(diǎn)軌跡調(diào)整三種解析算法。歸納了小橢圓軌道脈沖推力模型，引入了改進(jìn)的春分點(diǎn)軌道根數(shù)。根據(jù)滑行段星下點(diǎn)軌跡模型，分析了星下點(diǎn)軌跡四項(xiàng)主要影響因子，建立了其與脈沖模型的關(guān)系，并重點(diǎn)對第一軌的平近角之差簡化公式進(jìn)行了推導(dǎo)。然后依次推導(dǎo)了已知末端時(shí)刻經(jīng)度差有參考星攝動(dòng)模型解析算法，已知初始時(shí)刻