最新卫星轨道基础概要课件ppt.ppt

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1、卫星轨道基础概要2.1卫星轨道特性2.2卫星的定位2.3卫星覆盖特性计算2.4卫星轨道摄动2.5轨道特性对通信系统性能的影响第2章卫星轨道22.1卫星轨道特性2.1.1开普勒定理卫星运行的轨迹和趋势称为卫星运行轨道。卫星视使用目的和发射条件不同，可能有不同高度和不同形状的轨道，但它们有一个共同点，就是它们的轨道位置都在通过地球垂心的一个平面内。卫星运动所在的平面叫轨道面。卫星轨道可以是圆形或椭圆形。但不论轨道形状如何，卫星的运动总是服从万有引力定律的。3为了描述轨道特性，使用如下参量偏心率e：椭圆焦点离开椭圆中心的比例，即椭圆焦距和长轴长度的比值。它决定了

2、椭圆轨道的扁平程度。e越大，轨道越扁，0e<1e=0时，卫星轨道即为圆轨道7近地点：卫星离地球最近的点，长度为近地点高度即卫星在近地点时距离地面的高度远地点：卫星离地球最远的点，长度为远地点高度即卫星在远地点时距离地面的高度8推导卫星轨道平面的极坐标表达式为：P、e的值均由卫星入轨时的初始状态所决定定义则9开普勒第二定律(面积定律)：卫星与地心的连线在相同时间内扫过的面积相等。DCBA10由第二定律可导出卫星在轨道上任意位置的瞬时速度为：v为卫星在轨道上的瞬时速度。其中a为椭圆轨道的半长轴，r为卫星到地心的距离。为开普勒常数，值为3.986105km

3、3/s2。这说明卫星在轨道上的运行速度是不均匀的。卫星运动的速度在近地点最大，在远地点最小。11对于圆轨道，理论上卫星将具有恒定的瞬时速度为开普勒常数，值为3.986105km3/s2。12开普勒第三定律（调和定律）：卫星运转周期的平方与轨道半长轴的3次方成正比。由此，卫星绕地球飞行的周期T为可见，卫星的轨道周期只与半长轴有关，而与偏心率e（即轨道扁平程度）无关。13近地点远地点半长轴半短轴例1我国第一颗人造地球卫星的近地点高度hA=439km，远地点高度hB=2384km。试求其轨道方程。公转周期、远地点和近地点的瞬时速度v(rmax)和v(rmin

4、)。已知地球半径R=6378km。14解：轨道方程15公转周期远地点瞬时速度近地点瞬时速度16例2已知地球半径R=6378km，静止卫星的周期T=24恒星时=23h56min4.09s(平均太阳时),求卫星离地面高度h和匀速圆周运动速度v。解：由于静止卫星作匀速圆周运动，r=a，由开普勒第三定理17瞬时速度恒定为：由此，卫星离地面高度为182.1.2卫星轨道分类1、按形状分类椭圆轨道偏心率不等于0的卫星轨道，卫星在轨道上做非匀速运动，适合高纬度地区通信圆轨道具有相对恒定的运动速度，可以提供较均匀的覆盖特性，适合均匀覆盖的卫星系统192、按倾角分类卫星轨道平

5、面与赤道平面的夹角，称为卫星轨道平面的倾角，记为i。赤道轨道。i=0，轨道面与赤道面重合；静止通信卫星就位于此轨道平面内。极地轨道。i=90，轨道面穿过地球南北极。倾斜轨道。轨道面倾斜于赤道。根据卫星运动方向和地球自转方向的差别分为顺行倾斜轨道，0

6、步轨道(GEO)：h=35786km。高轨道(HEO)：h>20000km，椭圆轨道，远地点可达40000km23高椭圆轨道HEO24太阳日和恒星日的概念太阳日：以太阳为参考方向时，地球自转一圈所用的时间，长度为24小时恒星日：以无穷远处的恒星为参考方向时，地球自转一圈所用的时间，长度小于太阳日长度，为23小时56分04秒254、按轨道周期分类由于地球的自转特性，卫星绕地球旋转一圈后，不一定会重复前一圈的轨迹，因此可以根据星下点轨迹的重复特性对卫星轨道分类回归/准回归轨道卫星的星下点轨迹在M个恒星日，绕地球旋转N圈后重复的轨道M,N为整数，M=1为回归轨道

7、，M>1为准回归轨道。轨道周期为M/N恒星日非回归轨道26同步轨道卫星和静止轨道卫星卫星运行的方向和地球自转的方向相同，运行周期与地球自转周期（23小时56分4秒，即1恒星日）相同的轨道称为地球同步卫星轨道（简称同步轨道）。而在无数条同步轨道中，有一条圆形轨道，它的轨道平面与地球赤道平面重合，倾角为0，这条轨道就称为地球静止卫星轨道，高度大约是35786公里。在这个轨道上的所有卫星，从地面上看都像是悬在赤道上空静止不动，这样的卫星称为地球静止轨道卫星，简称静止卫星。人们通常简称的同步轨道卫星一般指的是静止卫星。272829卫星通信示意图30三颗静止卫星就

8、可基本覆盖全球，其应用较为广泛，但地球上空的静止轨道只有一条，轨道