平均轨道根数与密切轨道根数的互换

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1、第3l卷第2期2012年4月飞行器测控学报JounlaIofSpacecraftTT&CTechnologyV01．31No．2ADr．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

2、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)02一0077一05TransfOrmationbetweenMeanandOsculatingOrbitalElementsHUMinl，ZENGGuoqian92(1．AcademyofEquipment·Be巧ing101416；2．CollcgcofAcrospaccandMatenalEnglnccnng，N日tlonalUnivc

3、rsityofDcfcnscTcchnology，Changsha410073)Abstract：Meanorbitalelementsplayakeyroleindesignandsimulati。nofdistributedspacecraftformationfljghtandsate】1iteconstellatlons．Thispaperproposestran3formationaIgor

4、thmsbetweenthemeanandosculating。rbl【alelementsbasedonTLE(TwoLlneElements)andSGP4(SlmDlmedG

5、eneralPerturbatlons4)．Numerlcalslmulationisdonewiththeon—orbitTanDEM—XformationsatellitesasanexampleThepresecltedtransform8tiona培orithmshavehigheraccuracyinc。mparis。nwithconventionalalg。rithmsthat。niytakeint。accounttheshortterminflu—encesofJ2perturbations．Thecalculatedosculatlngorbitalelement

6、sarecoherentwiththeresultsgeneratedbySTK8．Moreover，ThecalculatedmeanorbitalelementsarecoherentwithTLEdataissuedbvNORAD(Nor七hAmericanAerospaceDefenseCommand)．Simulationresultsshowthatthcproposedmcthodi5scicntificandhaspracticalap—plicatlonvalue．Keywords：MeanOrbitaIElements；OscuIatingOrbltalFle

7、ments；TwoI。jnelclements(TI。E)；SimplmedGeneralPerturbations4(SGP4)：Transfo衄1ati。nAlgorithms0引言平均轨道根数在航天任务分析与设计中起着至关重要的作用，例如分布式卫星编队构形设计、编队卫星协同控制以及卫星星座设计与控制等。卫星的位置和速度表示的是卫星的瞬时运行状态，对应的轨道根数为密切轨道根数。因而，在进行分布式卫星的协同控制与仿真中，将面临平均轨道根数与密切轨道根数的相互转换问题，通过采用合适的转换算法，可以使设计的编队构形更加稳定，设计的控制律更加有效，从而节省编队构形控制的燃料消耗。针对

8、地球非球形摄动，Brouwer和Kaula指出，在J2项摄动的影响下，卫星轨道的摄动可以分为长期摄动、长周期摄动和短周期摄动三部分[1]。所谓平均轨道根数就是消去周期变化项的密切轨道根数，因为周期项在一个周期内的积分效果为零[2J。由于只考虑长期变化项，平均轨道根数反映的是轨道的长期变化趋势，大大简化了轨道摄动分析[30。文献[2—5]给出了平均轨道根数与密切轨道根数的相互转换算法，但是均只考虑了J2项摄动下的短周*收稿日期：2011—1l一22；修回日期；2011—12—29；