應急觀測小橢圓軌道設計及軌道機動方法研究.pdf

1、衛(wèi)星提供的天基信息支持能有效支援軍事活動與地面救援任務，已成為對突發(fā)事件迅速反應不可或缺的空間力量，然而如何減小成本并提高響應能力，是空間快速響應技術十分關注的一個問題。本文以此為背景，對應急觀測任務衛(wèi)星小橢圓軌道設計方法及J2攝動下在軌衛(wèi)星有限時間內星下點軌跡調整優(yōu)化算法和解析算法進行研究，主要完成如下內容：
　　針對應急救災只需數(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)行觀測任務的小橢圓軌道設計方案并推導了設計方法，

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，利用拱線的旋轉規(guī)律推導了小橢圓軌道觀測判據(jù)及地面分辨率控制參數(shù)設計規(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，

3、設計了變軌控制參數(shù)優(yōu)化算法，實現(xiàn)了在軌衛(wèi)星星下點軌跡精確調整。針對逐點搜索精度高效率低的問題，結合平均軌道理論建立了末端滑行模型，設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，設計了將遺傳算法和非線性規(guī)劃算法通過內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。給出了四脈沖以內的算法結果，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整，分析了可行域的特點，驗證了遺傳算法能

4、有效地求解該優(yōu)化模型。算法結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)星下點軌跡調整。
　　最后，推導了星下點軌跡調整三種解析算法。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系，并重點對第一軌的平近角之差簡化公式進行了推導。然后依次推導了已知末端時刻經度差有參考星攝動模型解析算法，已知初始時刻