【硕士论文】人卫运动方程的数值解法及激光测距技术在精密定轨中的应用研究.pdf

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1、中国科学院上海天文台博士学位论文人卫运动方程的数值解法及激光测距技术在精密定轨中的应用研究姓名：刘承志申请学位级别：博士专业：天体测量与天体力学指导教师：崔斗星20020701摘要描述人造卫星运动的微分方程非常复杂，不可能给出解的解析表达式。由天体摄动运动方程给出的小参数幂级数解等分析解满足不了人造卫星应用所需要的定轨精度要求，这就使得解常微分方程的数值方法在卫星动力学方法中占有十分重要的地位。本文从应用的角度研究了天体运动方程的数值解法。首先，目前在卫星动力学中常用的所有人造卫星运动方程的数值解法有待改进的最重要

2、的问题就是稳定性问题。无论是单步法还是多步法，某一步产生的误差都会传播下去，误差将会积累。当这种误差的积累得到控制时，对应的数值解法才是稳定的。数值稳定性问题与步长的选择有关。定步长的缺点在于不管是积分曲线的各个点的曲率如何都取一样的步长，这样肯定会在曲率大的一些点带来比较严重的误差，这种误差将在每一步的计算中积累。如果以积分曲线每一步的曲率大小来控制步长大小，可以避免这种累积误差。从这个想法出发，在文中实现了以积分曲线的曲率控制步长大小的作法，在曲率大的点步长小，而在曲率小的点步长大，这是非常合理的选择，也是本文

3、的一个创新点。其次，众所周知Taylor级数法虽然公式简单且数值稳定性好，但是高阶导数的计算非常麻烦，难以实用。在本论文中，给出了以右函数f在一些任意点的值表示X在“点的高阶导数的方法，从而把人造卫星运动方程的数值解法转化为非线性方程组的迭代求解法。这种积分器精度高，数值稳定性也好。本文作者同时作了激光测距技术在人造卫星精密定轨中的应用方面的一些研究工作，利用全球激光测距资料对Lageos-1卫星进行了定轨，精度达到1cm，并归算了长春SLR站的站坐标。分析了长春站的观测资料的处理结果，得出一些结论。进而设计了长春

4、SLR站实现白天观测的实施方案。关键词：精密定轨一数值积分一曲率一步长控制一激光测距StudyoftheNumericalMethodsforSatelliteDynamicsEquationsandApplicationofSatelliteLaserRangingTechniquetoPreciseOrbitDeterminationLiuChengzhiChangchunObservatory，NationalAstronomicalObservatoriesChineseAcademyofSciencesD

5、irectedBy：Prof．CuiDouxingAbstractThedifferentialequationsthatdescribetheartificialsatellitemotionareverycomplicated。anditisimpossibletogettheanalyticexpressofsolution．Itsanalyticsolutionsuchassmallparameterpowerseriessolutioncannotmeettheorbitdeterminationaccu

6、racythatartificialsatelliteapplicationneeds．Sothismakesnumericalmethodinordinarydifferentialequationsforthesatellitedynamicsoccupyveryimportantposition．Thispaperstudiedthenumericalmethodsincelestialmotionequationsfromtheappliedaspect．First，nowinallcommonnumeri

7、calmethodsforthesatellitedynamicsequationsthemostimportantproblemthatneedstobeimprovedisstabilityproblem．Whetherareasingle—stepmethodsormulti—stepmethods，theerrorincalculatingeverystepwilspreadandaccumulate．Whentheerroraccumulationcanbecontrolled，therelativeVm

8、ethodisjuststable．Numericalstabilityisrelativewiththechoiceofstep—size．Theweaknessoffixedstep——sizeisthatstep——sizeisnotvariableregardlessthecurvatureofeachpointoftheintegralcurvec