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STK实验卫星轨道参数仿真.pdf

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《飞行器轨道力学》课程实验报告 实验一 卫星轨道参数仿真 一、实验目的 1、了解 STK 的基本功能; 2、掌握六个轨道参数的几何意义; 3、掌握极地轨道、太阳同步轨道、地球同步轨道等典型轨道的特点。 二、实验环境 卫星仿真工具包 STK 三、实验原理 ( 1)卫星轨道参数 六个轨道参数中,两个轨道参数确定轨道大小和形状,两个轨道参数确定轨道平面 在空间中的位置,一个轨道参数确定轨道在轨道平面内的指向,一个参数确定卫星在轨 道上的位置。 ? 轨道大小和形状参数: 这两个参数是相互关联的,第一个参数定义之后第二个参数也被确定。 第二个参数 第一个参数 semimajor axis 半长轴 apogee radius 远地点半径 apogee altitude 远地点高度 Period 轨道周期 mean motion 平动 Eccentricity 偏心率 perigee radius 近地点半径 perigee altitude 近地点高度 Eccentricity 偏心率 Eccentricity 偏心率 1
《飞行器轨道力学》课程实验报告 图 1 决定轨道大小和形状的参数 ? 轨道位置参数: 轨道倾角( Inclination )轨道平面与赤道平面夹角 升交点赤经( RAAN)赤道平面春分点向右与升交点夹角 近地点幅角( argument of perigee )升交点与近地点夹角 ? 卫星位置参数: 参数 True Anomaly Mean Anomaly Eccentric Anomaly Argument of Latitude 表 1 卫星位置参数 说明 真近点角(近地点与卫星之间的地心角距,从近地点沿 卫星运动方向度量) 平近点角(卫星从近地点开始按平均轨道角速度运动转 过的角度) 偏近点角(近地点和卫星对轨道长轴垂线的反向延长线 与椭圆外切圆的交点之间的圆心角距) 纬度幅角(升交点到卫星的地心张角,从升交点沿卫星 运动方向度量) Time Past Ascending Node Time Past Perigee 过升交点时间 过近地点时间 ( 2)星下点轨迹 在不考虑地球自转时,航天器的星下点轨迹直接用赤经 α 、赤纬 δ 表示(如图 2)。 直接由轨道根数求得航天器的赤经赤纬。 2
《飞行器轨道力学》课程实验报告 Z Y O f Ω ω N S δ D P i Δα X 图 2 航天器星下点的球面解法 在球面直角三角形 SND 中: sin sin i sin u sin i sin( f ) tan cos i tan u cos i tan( f ) (1) 由于地球自转和摄动影响,相邻轨道周期的星下点轨迹不可能重合。设地球自转角 速度为 E , t0 时刻格林尼治恒星时为 0GS ,则任一时刻格林尼治恒星时 GS 可表示成: S G S G 0 ( t E t 0 ) (2) 在考虑地球自转时,星下点地心纬度 与航天器赤纬 δ仍然相等,星下点经度( ) 与航天器赤经 α的关系为: S G S G 0 ( t E t 0 ) (3) 将( 1)代入上式,得到计算空间目标星下点地心经纬度 , 的公式,即空间目 标的星下点轨迹方程为: arctan(cos i sin arcsin(sin i tan ) u ) u S G 0 ( t E t 0 ) (4) 其中 为星下点的地理纬度, 为星下点的地理经度, u 是纬度幅角, E 为地球自 转角速度。由( 4)中的第二式可知, i =90 时, 取极大值 max。i =-90 时, 取极小值 3
《飞行器轨道力学》课程实验报告 min,且有 max i 180 i i i 90 90 , min i 180 i i i 90 90 (5) 因此,空间目标的轨道倾角决定了星下点轨迹能达到的南北纬的极值。 四、实验内容 1、结合六个轨道参数的几何意义, 每个轨道参数分别取不同值, 给出相应的三维图; 2、分析二体条件下圆轨道(根据向导添加)六个轨道参数随时间的变化规律; 4
《飞行器轨道力学》课程实验报告 卫星参数设置 半长轴 5
《飞行器轨道力学》课程实验报告 偏心率 轨道倾角 升交点赤经 6
《飞行器轨道力学》课程实验报告 近地点幅角 真近点角 3、比较分析 Polar Orbit 、 Sun-Synchronous Orbit 、 HEO、 GSO、GEO 卫星的特点, 并给出相应的图示说明。 ( 1)Polar Orbit (极地轨道) : 7
《飞行器轨道力学》课程实验报告 8
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