一種星下點圓跡地球同步軌道設(shè)計方法
【專利摘要】一種星下點圓跡地球同步軌道設(shè)計方法，（1）分析確定星下點圓跡地球同步軌道生成條件：（1.1）軌道半長軸為42164km；（1.2）衛(wèi)星每天在南北方向來回漂移；（1.3）衛(wèi)星每天在東西方向來回漂移；（1.4）南北方向漂移的距離等于東西方向漂移的距離；（1.5）衛(wèi)星每天兩次經(jīng)過赤道，且兩次經(jīng)過赤道時的星下點相對距離為衛(wèi)星東西方向漂移距離；（2）根據(jù)步驟（1）中的條件，確定同時滿足上述五個條件下的軌道參數(shù)，即軌道半長軸a，偏心率e，傾角i，升交點赤經(jīng)Ω，近地點幅角ω，真近點角θ；利用確定的軌道參數(shù)完成星下點圓跡地球同步軌道的設(shè)計。
【專利說明】一種星下點圓跡地球同步軌道設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種人造地球衛(wèi)星軌道設(shè)計方法，適用于星下點軌跡呈現(xiàn)圓形的地球同步軌道的軌道參數(shù)設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]地球同步軌道是指在軌衛(wèi)星自西向東運行，軌道周期與地球自轉(zhuǎn)周期保持同步的衛(wèi)星軌道，衛(wèi)星在該軌道上運行一個周期的時間即為地球自轉(zhuǎn)一周的時間。地球自轉(zhuǎn)的周期為I個恒星日，即春分點連續(xù)兩次通過地球同一子午圈的上中天的時間間隔，I個恒星日的時長為23h56min4.1s (86164.1s)。顯然，要形成地球同步軌道，那么軌道周期也應(yīng)當(dāng)為23h56min4.1s,由軌道周期可計算出地球同步軌道的半長軸為42164km。
[0003]地球同步軌道形成條件主要由軌道半長軸決定，而隨著傾角、偏心率、升交點赤經(jīng)、近地點幅角取不同的值，地球同步軌道可分為不同的種類，具有不同的特殊性質(zhì)。目前地球同步軌道中應(yīng)用較多的軌道是星下點位置基本不動的地球靜止軌道(GEO)和星下點軌跡呈相對赤道對稱“8”字的地球同步傾斜圓軌道(IGSO)。我國的高軌通信衛(wèi)星基本都運行于GEO軌道，部分高軌導(dǎo)航衛(wèi)星運行于IGSO軌道。
[0004]GEO軌道是地球同步軌道中的一種特例，同時具有以下特性的軌道就是GEO軌道:(I)軌道為地球同步軌道；(2)軌道的形狀是圓形，偏心率e=0 ; (3)軌道處在地球赤道平面內(nèi)，傾角i=0。實際上理想的GEO軌道是不存在的，衛(wèi)星在軌道上受到各種攝動力的作用，從地面上觀察，衛(wèi)星不是固定不動的，而總是在東西經(jīng)度方向和南北緯度方向漂移。對于工程實踐中的GEO軌道衛(wèi)星，往往對其規(guī)定一個東西、南北方向的最大漂移范圍，當(dāng)超出此范圍時，對衛(wèi)星進行軌道控制，使其回到定點誤差范圍之內(nèi)。
[0005]當(dāng)GEO軌道的傾角不為O時，軌道就不處在地球赤道平面內(nèi)，成為IGSO軌道。IGSO軌道衛(wèi)星的漂移軌跡在當(dāng)?shù)厮矫鎯?nèi)呈跨南北半球的“8”字形，其星下點軌跡與赤道相交
于一點。
[0006]目前，還有一種特殊的地球同步軌道正在進入人們的視野，這就是星下點圓跡地球同步軌道，它的特點是該軌道上的衛(wèi)星星下點軌跡近似為一個相對赤道對稱的圓形，圓心位于赤道，這種軌道非常適用于天基合成孔徑雷達(SAR)對某重點區(qū)域的多角度對地觀測，從而獲得重點區(qū)域的三維成像信息。
[0007]通過給出星下點圓跡地球同步軌道的傾角、近地點幅角、升交點赤經(jīng)、真近點角、偏心率等軌道參數(shù)的設(shè)計方法，可得出星下點圓跡地球同步軌道設(shè)計結(jié)果。目前國內(nèi)外還沒有專門針對星下點圓跡地球同步軌道設(shè)計方法的公開文獻報道或?qū)＠麍蟮馈?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:提出星下點軌跡呈現(xiàn)圓形的地球同步軌道的生成條件，利用該條件設(shè)計軌道參數(shù)，進而完成星下點圓跡地球同步軌道設(shè)計。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種星下點圓跡地球同步軌道設(shè)計方法，步驟如下:[0010](I)分析確定星下點圓跡地球同步軌道生成條件:(1.1)軌道半長軸為42164km ；(1.2)衛(wèi)星每天在南北方向來回漂移；(1.3)衛(wèi)星每天在東西方向來回漂移；(1.4)南北方向漂移的距離等于東西方向漂移的距離；(1.5)衛(wèi)星每天兩次經(jīng)過赤道，且兩次經(jīng)過赤道時的星下點相對距離為衛(wèi)星東西方向漂移距離；
[0011](2)根據(jù)步驟(1)中的條件，確定同時滿足上述五個條件下的軌道參數(shù)，即軌道半長軸a,偏心率e,傾角i,升交點赤經(jīng)Ω，近地點幅角ω，真近點角Θ ;利用確定的軌道參數(shù)完成星下點圓跡地球同步軌道的設(shè)計。
[0012]所述偏心率e的確定步驟如下:
[0013]首先計算衛(wèi)星從近地點運行至軌道與赤道面交點處用時t。；
[0014]然后根據(jù)t。確定偏心率e ；
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種星下點圓跡地球同步軌道設(shè)計方法，其特征在于步驟如下: (1)分析確定星下點圓跡地球同步軌道生成條件:(1.1)軌道半長軸為42164km ; (1.2)衛(wèi)星每天在南北方向來回漂移；(1.3)衛(wèi)星每天在東西方向來回漂移；(1.4)南北方向漂移的距離等于東西方向漂移的距離；(1.5)衛(wèi)星每天兩次經(jīng)過赤道，且兩次經(jīng)過赤道時的星下點相對距離為衛(wèi)星東西方向漂移距離； (2)根據(jù)步驟(1)中的條件，確定同時滿足上述五個條件下的軌道參數(shù)，即軌道半長軸a,偏心率e,傾角i,升交點赤經(jīng)Ω，近地點幅角ω，真近點角Θ ;利用確定的軌道參數(shù)完成星下點圓跡地球同步軌道的設(shè)計。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星下點圓跡地球同步軌道設(shè)計方法，其特征在于:所述偏心率e的確定步驟如下: 首先計算衛(wèi)星從近地點運行至軌道與赤道面交點處用時t。； 然后根據(jù)t。確定偏心率e ；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種星下點圓跡地球同步軌道設(shè)計方法，其特征在于:所述的衛(wèi)星從近地點運行至軌道與赤道面交點處用時t。計算公式如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星下點圓跡地球同步軌道設(shè)計方法，其特征在于:所述的升交點赤經(jīng)Ω計算公式如下:
Ω= λscend + S (O) 其中:升交點經(jīng)度入―計算公式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星下點圓跡地球同步軌道設(shè)計方法，其特征在于:所述的真近點角Θ與近地點幅角ω的關(guān)系如下:
【文檔編號】G06F17/50GK103678787SQ201310631316
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】蒙波, 李志 , 宋雨, 王愛明, 尹建鳳, 陳新龍 申請人:中國空間技術(shù)研究院