太阳同步卫星轨道设计

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1、上海航天AERoSPACESHANGHA12004年第3期文章编号：1006—1630(2004)03．003405太阳同步卫星的轨道设计陈洁，汤国建(国防科学技术大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073)摘要：在轨道六要素的基础上，分析了卫星太阳同步轨道设计时降(升)交点地方时、升交点赤经，以及冻结轨道参数等的确定方法。并给出了在轨道交点周期、回归圈数、回归周期、重复周期和其他因素等约束条件下的轨道设计要点。最后给出了一个轨道高度750～800km，卫星太阳同步轨道、冻结轨道和回归轨道的算

2、例。关键词：太阳同步卫星；轨道设计；冻结轨道；覆盖；回归中图分类号：V474．1文献标识码：AOrbitDesignofSun-SynchronousSatelliteCHENJie，TANGGuo—jian(CollegeofAerospaceandMaterialEngineering，NUDT。ChangshaHunan410073，China)Abstract：Thedeterminationmethodofdescending／ascendingnode，longitudeofasce

3、ndingnodeandfrozenorbitparametersforsun—synchronousorbitsatellitedesignWaSanalyzedonthebasisofsixgeneralorbitalelements．Thekeypointsofthedesignundertherestrainedconditions。suchasorbitnodeperiod，regressivecycles，regressiveperiod，repeatperiodandothers，

4、werealsopresentedAtlast，anexampleofdesignforsun—synchronous。frozenandreturnorbitintheorbitofsomesatellitewhichaltitudeWaS750tO800kmwasgiven．Keywords：Sun—synchronoussatellite；Orbitdesign；Frozenorbit；Covering；Regressive0引言1轨道六要素的确定卫星的轨道设计一般可分为地面覆盖、轨道复现

5、、卫星组网、星下点照明和卫星受照要求等几1．1轨道六要素类⋯。卫星的用途和特性不同，所设计的卫星轨道卫星的运行轨道由轨道倾角i、近地点幅角∞、也不同。如为使对地观测达到一定的分辨率，可采升交点赤经n、偏心率e、轨道半长轴a以及卫星经用低轨近圆轨道；为使太阳光照保持基本恒定，可采过近地点的时刻t共六个经典轨道要素决定。只用太阳同步轨道；为使卫星地面高度在同一地区保要确定了某一时刻的卫星轨道六要素，卫星的轨道持近乎不变，可采用冻结轨道；为满足全球覆盖，可即卫星的位置和速度矢量也就确定了。其中，i和采

6、用轨道倾角接近90。的极地轨道。近年来，随着n决定了轨道面在惯性空间的位置，决定了轨道民用和军用需求的不断增加，用于气象、通信、导航、本身在轨道面内的指向，a和e决定了轨道的大小和形状，t决定了卫星在轨道上的位置。各轨道要地球资源和军事侦察的太阳同步轨道卫星越来越素的关系如图1所示。多，国外有早期的陆地卫星和Spot卫星，国内有风云一号卫星、资源一号卫星和海洋卫星等。本文对12轨道倾角太阳同步轨道卫星轨道的设计进行了分析。轨道倾角i是卫星运行平面与赤道面的夹角，它决定了星下点轨迹能达到的南北纬最

7、大值。一般收稿日期：200308—25；修回日期：2003—12—25要求对纬度±地区内的地面目标进行覆盖，而覆作者简介：陈洁(1972一)，女，高工，硕士生，主要研究方向为盖带的纬度范围取决于i。因此为确保对给定纬度卫星轨道设计与控制；汤国建(1964一)，男，教授，主要研究方向为飞行器动力学制导与控制。的覆盖，可取i=或：7r一。当i>90时，覆盖2004年第3期陈洁，等：太阳同步卫星的轨道设计35带纬度的范围是北纬180。一i～南纬180。一i；当i1．4冻结轨道<90。时，覆盖带纬度的范

8、围是北纬一i～南纬一i。冻结轨道使卫星地面高度在同一地区几乎保持不变，轨道的拱线静止，即轨道半长轴指向不变。冻结轨道的形状保持不变。亦即==0。这可通过相应的小偏心率和对∞进行约束而实现。考虑J2，J3项，并把摄动函数代入拉格朗日摄动方程l．则有指鲁d￡：一口(1一P)(一知4“[l”+J3Resin2i—ecos2isin(cJ]球表面的投影2J2口(1一P)si‘nPj’圈1轨道六要素示意圈(4)Fig．1Thediagramof6orbitelementsded￡=一2a3(1一e2)(、