平均轨道根数与密切轨道根数的互换_胡敏.pdf

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1、第３１卷第２期飞行器测控学报Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．２２０１２年４月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｐａｃｅｃｒａｆｔＴＴ＆ＣＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｐｒ．２０１２＊平均轨道根数与密切轨道根数的互换胡敏１，曾国强２（１．装备学院·北京·１０１４１６；２．国防科学技术大学航天与材料工程学院·长沙·４１００７３）摘要：基于双行轨道根数和简化普适摄动算法，提出平均轨道根数与密切轨道根数的互换算法。以在轨Ｔａｎ－ＤＥＭ－Ｘ编队的双星为例进行仿真。与传统的只考虑Ｊ２项摄动短周期影响的转换算法相比，本文提出的互换算法精度更高：由

2、平均轨道根数转换的密切轨道根数与ＳＴＫ８软件给出的结果一致；由密切轨道根数转换的平均轨道根数与北美防空司令部公布的双行轨道根数一致。仿真结果表明该互换方法具有科学性和工程应用价值。关键词：平均轨道根数；密切轨道根数；双行轨道根数；简化普适摄动；转换算法中图分类号：Ｖ４１２．４文献标志码：Ａ文章编号：１６７４－５６２０（２０１２）０２－００７７－０５ＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＭｅａｎａｎｄＯｓｃｕｌａｔｉｎｇＯｒｂｉｔａｌＥｌｅｍｅｎｔｓ１，ＺＥＮＧＧｕｏｑｉａｎｇ２ＨＵＭｉｎ（１．

3、ＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０１４１６；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅａｎｄＭａｔｅｒｉａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｅａｎｏｒｂｉｔａｌｅｌｅｍｅｎｔｓｐｌａｙａｋｅｙｒｏｌｅｉｎｄｅｓｉｇｎａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｓｐａｃｅｃｒａｆｔｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｌｉｇｈｔａｎｄｓａｔｅｌｌｉｔｅｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉ

4、ｏｎｓ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｅａｎａｎｄｏｓｃｕｌａｔｉｎｇｏｒｂｉｔａｌｅｌｅｍｅｎｔｓｂａｓｅｄｏｎＴＬＥ（ＴｗｏＬｉｎｅＥｌｅｍｅｎｔｓ）ａｎｄＳＧＰ４（ＳｉｍｐｌｉｆｉｅｄＧｅｎｅｒａｌＰｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓ４）．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｄｏｎｅｗｉｔｈｔｈｅｏｎ－ｏｒｂｉｔＴａｎＤＥＭ－Ｘｆｏｒｍａｔｉｏｎｓａｔｅｌｌｉｔｅｓａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｒａｎｓ

5、ｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｈａｖｅｈｉｇｈｅｒａｃｃｕｒａｃｙｉｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｔｈａｔｏｎｌｙｔａｋｅｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｔｈｅｓｈｏｒｔｔｅｒｍｉｎｆｌｕ－ｅｎｃｅｓｏｆＪ２ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓ．ＴｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｏｓｃｕｌａｔｉｎｇｏｒｂｉｔａｌｅｌｅｍｅｎｔｓａｒｅｃｏｈｅｒｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙＳＴＫ８．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｍｅａｎｏｒｂｉｔａｌ

6、ｅｌｅｍｅｎｔｓａｒｅｃｏｈｅｒｅｎｔｗｉｔｈＴＬＥｄａｔａｉｓｓｕｅｄｂｙＮＯＲＡＤ（ＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａｎＡｅｒｏｓｐａｃｅＤｅｆｅｎｓｅＣｏｍｍａｎｄ）．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｉｓｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄｈａｓｐｒａｃｔｉｃａｌａｐ－ｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭｅａｎＯｒｂｉｔａｌＥｌｅｍｅｎｔｓ；ＯｓｃｕｌａｔｉｎｇＯｒｂｉｔａｌＥｌｅｍｅｎｔｓ；ＴｗｏＬｉｎｅＥｌｅｍｅｎｔｓ（ＴＬＥ）；Ｓｉｍｐｌｉ

7、ｆｉｅｄＧｅｎｅｒａｌＰｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓ４（ＳＧＰ４）；ＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍｓ律更加有效，从而节省编队构形控制的燃料消耗。０引言针对地球非球形摄动，Ｂｒｏｕｗｅｒ和Ｋａｕｌａ指出，平均轨道根数在航天任务分析与设计中起着至在Ｊ２项摄动的影响下，卫星轨道的摄动可以分为长［１］关重要的作用，例如分布式卫星编队构形设计、编队期摄动、长周期摄动和短周期摄动三部分。所谓卫星协同控制以及卫星星座设计与控制等。卫星的平均轨道根数就是消去周期变化项的密切轨道根［２］位置和速度表示的

8、是卫星的瞬时运行状态，对应的数，因为周期项在一个周期内的积分效果为零。轨道根数为密切轨道根数。因而，在进行分布式卫由于只考虑长期变化项，平均轨道根数反映的是轨［３］星的协同控制与仿真中，将面临平均轨道根数与密道的长期变化趋势，大大简化了轨道摄动分析。切轨道根数的相互转换问题，通过采用合适的转换文献［２－５］给出了平均轨道根数与密切轨道根数的算法，可以使设计的编队构形更加稳定，设计的控制相互转换算法，但是均只考虑了Ｊ２项摄动下的短周＊收稿日期：２０１１－１１－２２；修回日期：２０１１