本文關(guān)鍵詞：應(yīng)急觀測小橢圓軌道設(shè)計及軌道機動方法研究

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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)計方法及J2攝動下在軌衛(wèi)星有限時間內(nèi)星下點軌跡調(diào)整優(yōu)化算法和解析算法進行研究,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,提出了一種僅短期處于近地點附近執(zhí)行觀測任務(wù)的小橢圓軌道設(shè)計方案并推導(dǎo)了設(shè)計方法,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。針對重訪要求設(shè)計了小橢圓回歸軌道;重點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)計規(guī)則;針對中高緯地區(qū)即時光照強度不能由降交點地方時確定的問題,歸納了地球任意一點地面光照強度計算方法,反過來針對地面光照約束,推導(dǎo)了地面任意一點指定光照強度當日臨界時刻的計算方法。以星下點軌跡模型為基礎(chǔ),設(shè)計了變軌控制參數(shù)優(yōu)化算法,實現(xiàn)了在軌衛(wèi)星星下點軌跡精確調(diào)整。針對逐點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)計了改進的單脈沖數(shù)值算法。針對多脈沖優(yōu)化模型局部極小多的特點,設(shè)計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。針對目標軌道給定的多脈沖軌跡調(diào)整,分析了可行域的特點,驗證了遺傳算法能有效地求解該優(yōu)化模型。算法結(jié)果驗證了目標軌道分別為圓軌道和橢圓軌道的兩種情況,各自至少只需兩個脈沖和三個脈沖實現(xiàn)星下點軌跡調(diào)整。最后,推導(dǎo)了星下點軌跡調(diào)整三種解析算法。歸納了小橢圓軌道脈沖推力模型,引入了改進的春分點軌道根數(shù)。根據(jù)滑行段星下點軌跡模型,分析了星下點軌跡四項主要影響因子,建立了其與脈沖模型的關(guān)系,并重點對第一軌的平近角之差簡化公式進行了推導(dǎo)。然后依次推導(dǎo)了已知末端時刻經(jīng)度差有參考星攝動模型解析算法,已知初始時刻軌道面與目標經(jīng)度差無參考星攝動模型解析算法及已知末端時刻經(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,通過調(diào)整方程系數(shù),可以計算最優(yōu)脈沖和所有可行解。針對初始軌道為圓軌道和小橢圓軌道兩種情況,分別給出了算法實例,結(jié)果表明三種算法均具有較高的計算精度與速度,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 小橢圓軌道 星下點軌跡調(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 應(yīng)急觀測衛(wèi)星軌道設(shè)計現(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 星下點軌跡調(diào)整方法研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 衛(wèi)星軌道基礎(chǔ)19-25
• 2.1 時間系統(tǒng)19-21
• 2.1.1 常用的時間系統(tǒng)19-20
• 2.1.2 儒略日20-21
• 2.2 坐標系統(tǒng)21-22
• 2.2.1 地心慣性坐標系21-22
• 2.2.2 地心地固坐標系22
• 2.2.3 坐標轉(zhuǎn)換22
• 2.3 力學(xué)模型22-24
• 2.3.1 二體問題22-23
• 2.3.2 攝動因素分析23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 應(yīng)急觀測小橢圓軌道設(shè)計25-45
• 3.1 過頂約束下星下點軌跡分析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Q值法26-29
• 3.2.2 仿真實例29-30
• 3.3 小橢圓軌道近地點過頂方法分析30-35
• 3.3.1 地面分辨率約束與近地點漂移30-32
• 3.3.2 近地點過頂方法32-35
• 3.4 光照約束下過頂時刻設(shè)計35-41
• 3.4.1 任意時刻地面光照強度計算分析35-38
• 3.4.2 任意時刻地面光照強度計算與仿真實驗38
• 3.4.3 地面光照強度臨界時刻計算與算例38-41
• 3.4.4 過頂時刻設(shè)計41
• 3.5 應(yīng)急觀測小橢圓軌道設(shè)計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 星下點軌跡調(diào)整優(yōu)化算法45-67
• 4.1 星下點軌跡調(diào)整的單脈沖數(shù)值算法45-49
• 4.1.1 星下點軌跡分析45-46
• 4.1.2 仿真實例46-49
• 4.2 改進的單脈沖數(shù)值算法49-55
• 4.2.1 衛(wèi)星近頂規(guī)律分析50-51
• 4.2.2 終端滑行段星下點軌跡建模51-52
• 4.2.3 仿真實例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 仿真實例與結(jié)果分析57-60
• 4.4 給定目標軌道多脈沖遺傳算法60-65
• 4.4.1 給定目標軌道多脈沖調(diào)整優(yōu)化模型61-62
• 4.4.2 雙脈沖目標圓軌道仿真實例62-63
• 4.4.3 三脈沖目標橢圓軌道仿真實例63-65
• 4.5 本章小結(jié)65-67
• 第5章 星下點軌跡調(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)整攝動模型解析算法70-79
• 5.2.1 星下點軌跡主要影響因子分析70-74
• 5.2.2 帶參考星軌跡調(diào)整攝動模型解析算法74-76
• 5.2.3 仿真實例76-79
• 5.3 無參考星軌跡調(diào)整攝動模型解析算法79-82
• 5.3.1 無參考星軌跡調(diào)整攝動模型解析算法79-80
• 5.3.2 仿真實例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 仿真實例84-86
• 5.5 本章小結(jié)86-87
• 結(jié)論87-89
• 參考文獻89-97
• 致謝97

【引證文獻】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王峰;葉水馳;曹喜濱;;快速響應(yīng)對地觀測小衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[A];中國空間科學(xué)學(xué)會2013年空間光學(xué)與機電技術(shù)研討會會議論文集[C];2013年

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本文編號：1047431