卫星受摄运动-N.pptVIP

卫星所受到的摄动力 * * 卫星的受摄运动 问题： 1.摄动力对卫星轨道位置的影响及计算。 2.各种摄动力的大小范围。 3.如何消除摄动力的影响？ * * 1.卫星所受摄动力有： fnc —— 地球的非均质性引起的作用力。 fs —— 太阳引力。 fm—— 月球引力。 fr —— 太阳光压。 fa —— 大气阻力。 fp —— 固体潮和海潮摄动力。 * * 2.地球引力场摄动力及其对卫星运动的影响 1.地球引力摄动力： 匀质球体的中心引力场： 真实的地球引力场： 引力向量： * * 为 n 阶 m 次完全规格化位系数。 为 n 阶 m 次完全规格化位缔合球函数。 为引力场中某一点的经度、维度、 和地心向径。 式中，GM 为引力常数和地球质量的乘积；a 为地球椭球长半径。 * 根据球函数的知识；地球引力位函数可用球谐函数的级数展开式来表达： 由上式，随卫星的高度的升高，非球形引力的影响将迅速的减小，对GPS的高轨卫星而言，高阶项的影响可以忽略不计，则有，地球引力扰动位： * * 地球引力场的影响，主要由二阶球谐系数项 引起，影响表现在： 1.升交点沿赤道缓慢西移，使升交点赤经Ω产生周期性变化； 实际上就是使轨道平面产生旋转。轨道面的移动速度： dΩ/dt约为-0.03°/d（-3.3km/d）。 2.近地点在轨道面内旋转，导致近地点角距ω的变化 当轨道平面倾角λ≈63.4°时，ω变化率dω/dt≈0。由于GPS卫星的轨道平面倾角i=55°所以有（dws/dt）≈0，即近地点几乎是不动的。 3.引起平近点角M（t）的变化 设Δn=dws/dt+dM/dt,结合近地点在轨道面内旋转与平近点角的变化率dM/dt,平均角速度差Δn≈-0.01°/d。 * * 在以上三种摄动力作用下，卫星的实际轨道近似于一条空间螺旋线。 * * 3.日、月引力摄动力的影响 日、月引力的影响主要是由于太阳和月球对卫星的引力作用引起的。与地球引力场摄动力一样，日、月引力摄动主要是长期摄动，只是摄动的方向与地球引力场的摄动不同，量级更小而已。 其摄动加速度约为5*10-6m/s2左右，在3hr的弧度内，在径向、法向和切向上产生50~150m的位置误差。 虽然太阳质量较月球大，但是到卫星的距离大很多，故仅为月球影响的10%-46%。 太阳系其他行星的引力摄动比太阳更小，故可忽略不计。 * * 4.太阳光压摄动力的影响 太阳光照射到卫星上，将使卫星获得一个推动，即为太阳光压。有两种，其一是直接太阳光压，二是地球反射光压，后者只有前者的1%~2%，常忽略。 太阳光辐射压对卫星所产生的摄动力加速度，不仅与卫星，太阳，地球三者之间的相对位置有关，而且也与卫星表面的反射特性、卫星接受阳光照射的有效截面积与卫星质量的比有关。 * 太阳光压对GPS卫星的产生10-7m/s2的摄动加速度，使卫星在3h弧度上产生5~10m的偏差 * * 5.其他摄动力影响 1）固体潮和海洋潮汐摄动 固体潮和海洋潮汐同样会改变地球重力位，其摄动力加速度量级为10-9m/s2,固体潮汐的影响为0.5-1m/2d,海洋潮汐的影响为1-2m/2d的轨道误差。这项影响通常可忽略。 2）大气阻力摄动 大气阻力摄动对低轨道卫星特别敏感，其影响程度主要取决于大气的密度、卫星截面积与质量之比以及卫星的运动速度。GPS卫星飞行高度在20,000km以上，大气密度甚微，一般可忽略。 * * 6.受摄运动的卫星坐标 观测历元t的摄动轨道参数as(t)、 es(t)、Ω(t)、i(t)、ωs(t)和τ0(t) (卫星星历提供 ) 卫星摄动坐标的计算步骤 : 计算观测历元t的真近点角u(t)； 计算观测历元t的卫星到地心距离r和轨道倾角i,并进行摄动改正； 计算观测历元t时刻，卫星在轨道直角坐标系地坐标（x0， y0 ， z0 ）； 计算卫星在协议地球坐标系下的坐标 （x， y， z）CTS。 * * 计算过程（消除摄动力部分） 计算摄动改正项 进行摄动改正 计算卫星在轨道平面坐标系中的位置 * * 小 结 观测6个摄动轨道参数，对r和i进行摄动改正，依据无摄运动的计算方程和步骤，即可求得卫星的摄动坐标。 * * Thanks!