本文關(guān)鍵詞：應(yīng)急觀測(cè)小橢圓軌道設(shè)計(jì)及軌道機(jī)動(dòng)方法研究

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【摘要】：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(duì)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(wèn)題。本文以此為背景,對(duì)應(yīng)急觀測(cè)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(duì)應(yīng)急救災(zāi)只需數(shù)天精確觀測(cè)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(cè)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,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(duì)重訪要求設(shè)計(jì)了小橢圓回歸軌道;重點(diǎn)針對(duì)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(cè)判據(jù)及地面分辨率控制參數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)則;針對(duì)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(wèn)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(guò)來(lái)針對(duì)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),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(duì)逐點(diǎn)搜索精度高效率低的問(wèn)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(duì)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(guò)內(nèi)外層方式組合的雙層算法,解決了遺傳算法對(duì)本問(wèn)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(duì)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(duì)第一軌的平近角之差簡(jiǎn)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)刻軌道面與目標(biāo)經(jīng)度差無(wú)參考星攝動(dòng)模型解析算法及已知末端時(shí)刻經(jīng)度差有參考星混合模型解析算法,均得到了三次方程形式的解析解,通過(guò)調(diào)整方程系數(shù),可以計(jì)算最優(yōu)脈沖和所有可行解。針對(duì)初始軌道為圓軌道和小橢圓軌道兩種情況,分別給出了算法實(shí)例,結(jié)果表明三種算法均具有較高的計(jì)算精度與速度,根據(jù)不同初始條件可以選用不同方法。
【關(guān)鍵詞】：應(yīng)急軌道設(shè)計(jì) 小橢圓軌道 星下點(diǎn)軌跡調(diào)整 遺傳算法 解析算法
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V412.41
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 論文研究背景及研究意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 應(yīng)急觀測(cè)衛(wèi)星軌道設(shè)計(jì)現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 空間快速響應(yīng)技術(shù)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 星下點(diǎn)軌跡調(diào)整方法研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 第2章 衛(wèi)星軌道基礎(chǔ)19-25
• 2.1 時(shí)間系統(tǒng)19-21
• 2.1.1 常用的時(shí)間系統(tǒng)19-20
• 2.1.2 儒略日20-21
• 2.2 坐標(biāo)系統(tǒng)21-22
• 2.2.1 地心慣性坐標(biāo)系21-22
• 2.2.2 地心地固坐標(biāo)系22
• 2.2.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換22
• 2.3 力學(xué)模型22-24
• 2.3.1 二體問(wèn)題22-23
• 2.3.2 攝動(dòng)因素分析23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 應(yīng)急觀測(cè)小橢圓軌道設(shè)計(jì)25-45
• 3.1 過(guò)頂約束下星下點(diǎn)軌跡分析25-26
• 3.2 小橢圓軌道回歸特性分析26-30
• 3.2.1 任意傾角小橢圓回歸軌道設(shè)計(jì)Q值法26-29
• 3.2.2 仿真實(shí)例29-30
• 3.3 小橢圓軌道近地點(diǎn)過(guò)頂方法分析30-35
• 3.3.1 地面分辨率約束與近地點(diǎn)漂移30-32
• 3.3.2 近地點(diǎn)過(guò)頂方法32-35
• 3.4 光照約束下過(guò)頂時(shí)刻設(shè)計(jì)35-41
• 3.4.1 任意時(shí)刻地面光照強(qiáng)度計(jì)算分析35-38
• 3.4.2 任意時(shí)刻地面光照強(qiáng)度計(jì)算與仿真實(shí)驗(yàn)38
• 3.4.3 地面光照強(qiáng)度臨界時(shí)刻計(jì)算與算例38-41
• 3.4.4 過(guò)頂時(shí)刻設(shè)計(jì)41
• 3.5 應(yīng)急觀測(cè)小橢圓軌道設(shè)計(jì)41-42
• 3.6 仿真算例與結(jié)果分析42-44
• 3.7 本章小結(jié)44-45
• 第4章 星下點(diǎn)軌跡調(diào)整優(yōu)化算法45-67
• 4.1 星下點(diǎn)軌跡調(diào)整的單脈沖數(shù)值算法45-49
• 4.1.1 星下點(diǎn)軌跡分析45-46
• 4.1.2 仿真實(shí)例46-49
• 4.2 改進(jìn)的單脈沖數(shù)值算法49-55
• 4.2.1 衛(wèi)星近頂規(guī)律分析50-51
• 4.2.2 終端滑行段星下點(diǎn)軌跡建模51-52
• 4.2.3 仿真實(shí)例52-55
• 4.3 多脈沖遺傳算法和非線性規(guī)劃法雙層算法55-60
• 4.3.1 多脈沖星下點(diǎn)軌跡調(diào)整優(yōu)化模型55-57
• 4.3.2 算法流程57
• 4.3.3 仿真實(shí)例與結(jié)果分析57-60
• 4.4 給定目標(biāo)軌道多脈沖遺傳算法60-65
• 4.4.1 給定目標(biāo)軌道多脈沖調(diào)整優(yōu)化模型61-62
• 4.4.2 雙脈沖目標(biāo)圓軌道仿真實(shí)例62-63
• 4.4.3 三脈沖目標(biāo)橢圓軌道仿真實(shí)例63-65
• 4.5 本章小結(jié)65-67
• 第5章 星下點(diǎn)軌跡調(diào)整解析算法67-87
• 5.1 小橢圓軌道脈沖推力解析模型67-70
• 5.2 帶參考星軌跡調(diào)整攝動(dòng)模型解析算法70-79
• 5.2.1 星下點(diǎn)軌跡主要影響因子分析70-74
• 5.2.2 帶參考星軌跡調(diào)整攝動(dòng)模型解析算法74-76
• 5.2.3 仿真實(shí)例76-79
• 5.3 無(wú)參考星軌跡調(diào)整攝動(dòng)模型解析算法79-82
• 5.3.1 無(wú)參考星軌跡調(diào)整攝動(dòng)模型解析算法79-80
• 5.3.2 仿真實(shí)例80-82
• 5.4 帶參考星軌跡調(diào)整混合模型解析算法82-86
• 5.4.1 帶參考星軌跡調(diào)整混合模型解析算法82-84
• 5.4.2 仿真實(shí)例84-86
• 5.5 本章小結(jié)86-87
• 結(jié)論87-89
• 參考文獻(xiàn)89-97
• 致謝97

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 王峰;葉水馳;曹喜濱;;快速響應(yīng)對(duì)地觀測(cè)小衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[A];中國(guó)空間科學(xué)學(xué)會(huì)2013年空間光學(xué)與機(jī)電技術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集[C];2013年

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本文編號(hào)：1047431