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第1章 时间系统 1

1.1 如何定义时间 1

1.2 天文基本概念 3

1.3 世界时系统 4

1.3.1 恒星时 4

1.3.2 太阳时 4

1.3.3 恒星时和平时之间的转换 6

1.3.4 地方时、世界时和区时 6

1.4 历书时 8

1.5 原子时 8

1.6 力学时 9

1.7 时间系统小结 10

1.8 年、历元以及儒略日 12

1.8.1 年的长度 12

1.8.2 历元 13

1.8.3 儒略日与简约儒略日 13

1.9 星上时间系统 13

1.10 STK软件的时间系统 14

第2章 空间系统 16

2.1 大地测量相关坐标系 16

2.1.1 天文坐标系 16

2.1.2 大地椭球坐标系 17

2.1.3 地心直角坐标系 18

2.2 岁差、章动与极移 20

2.2.1 岁差和章动的物理解释 20

2.2.2 岁差和章动的计算过程 22

2.2.3 极移物理解释及其量级 23

2.2.4 极移与岁差章动的区别 24

2.2.5 STK软件内的岁差、章动、极移 24

2.3 坐标系的转换关系 26

2.3.1 历元平赤道地心系与瞬时平赤道地心系的转换 27

2.3.2 瞬时平赤道地心系与瞬时真赤道地心系的转换 27

2.3.3 瞬时真赤道地心系与瞬时地固坐标系的转换 27

2.3.4 瞬时地固坐标系与地固坐标系的转换 28

2.3.5 轨道坐标系与历元平赤道地心系、地固坐标系之间的转换 28

2.3.6 STK软件内的坐标系统 30

2.4 工程应用实例 31

2.4.1 常用绝对轨道坐标系 31

2.4.2 格林尼治恒星时角 32

2.4.3 惯性与非惯性系转换 34

2.4.4 理论轨道中的地球自转角 36

2.4.5 发惯系到J2000系转换 36

第3章 绝对轨道运动 45

3.1 二体运动 45

3.1.1 面积积分 45

3.1.2 轨道积分 47

3.1.3 活力积分 50

3.2 轨道根数 51

3.2.1 轨道根数基本定义 51

3.2.2 瞬时根数与平根数 57

3.2.3 TLE两行根数 60

3.3 轨道摄动分析 63

3.3.1 地球非球形引力 63

3.3.2 大气阻力 67

3.3.3 日月引力 68

3.3.4 潮汐摄动 69

3.3.5 太阳光压 70

3.3.6 摄动小结 71

3.4 根数摄动解 71

3.5 STK的轨道外推模型 74

3.5.1 轨道外推模型介绍 74

3.5.2 HPOP、Maneuver模块 79

第4章 星上轨道预报 82

4.1 注入轨道平根数预报 82

4.1.1 注入轨道格式 82

4.1.2 外推方案简化设计 83

4.1.3 仿真与在轨测试结果 88

4.2 星上GPS定位轨道预报 94

4.2.1 分析方法轨道预报 94

4.2.2 数值方法轨道预报 101

4.3 定轨和外推误差的分析 114

4.3.1 理论分析 114

4.3.2 实测数据分析 116

第5章 常见轨道类型 121

5.1 地球静止轨道 121

5.1.1 基本定义 121

5.1.2 轨道根数受到的摄动影响 122

5.1.3 轨道根数偏差对星下点轨迹影响 129

5.1.4 位置保持 136

5.2 太阳同步轨道 139

5.2.1 基本定义 139

5.2.2 降交点地方时的漂移和修正 142

5.3 回归轨道 144

5.3.1 基本定义 144

5.3.2 回归轨道的衰减和保持 146

5.4 卫星星座 151

5.4.1 基本定义 151

5.4.2 覆盖性能 152

5.4.3 基本星座介绍 157

5.4.4 STK中的相关参数 160

第6章 卫星轨道设计 182

6.1 轨道设计思路 182

6.1.1 一般方法 182

6.1.2 单星 183

6.1.3 星座 184

6.2 轨道设计实例 186

6.2.1 对地观测卫星轨道设计 186

6.2.2 地磁场测量卫星轨道设计 195

6.2.3 SAR卫星轨道设计 206

第7章 相对轨道运动 229

7.1 相对轨道坐标系 229

7.2 基于运动学的相对运动方程 231

7.2.1 参考航天器为圆轨道 232

7.2.2 参考航天器为椭圆轨道 236

7.3 基于动力学的相对运动方程 237

7.3.1 参考航天器为圆轨道 239

7.3.2 参考航天器为椭圆轨道 243

7.4 相对运动与绝对运动的关系 243

7.4.1 相对与绝对物理参数对应关系 243

7.4.2 相对运动与绝对运动仿真分析 245

7.4.3 初始相对状态对轨道的影响 247

7.4.4 导航和控制误差对轨道的影响 254

7.5 相距较远两航天器的相对运动 262

7.5.1 相距较远两航天器C-W方程误差分析 262

7.5.2 相距较远两航天器相对运动模型修正 266

第8章 编队构型设计与控制 274

8.1 常用编队构型 274

8.2 编队构型设计 276

8.3 编队构型控制 278

8.3.1 椭圆中心径向位置 279

8.3.2 椭圆中心横向位置 279

8.3.3 相对运动椭圆短半轴 280

8.3.4 相对运动椭圆相位 290

8.3.5 多目标耦合控制优先级 304

第9章 编队构型控制工程实例 308

9.1 任务简介 308

9.2 任务分析 310

9.2.1 远距接近任务目标 311

9.2.2 虚拟伴飞任务目标 314

9.2.3 构型平移任务目标 315

9.2.4 构型保持任务目标 316

9.3 控制过程 316

9.3.1 远距接近控制策略 316

9.3.2 虚拟伴飞控制策略 318

9.3.3 构型平移控制策略 329

9.3.4 构型保持控制策略 334

参考文献 338

附录A 缩略语 340

附录B 天文常数 341

附录C 格林尼治恒星时的推导过程 342

附录D 三阶正交矩阵的分配律 345

D.1 定义和基本性质 345

D.2 三阶正交矩阵的分配律 346

附录E 相对运动椭圆中上下点的寻找方法 348

E.1 原理介绍 348

E.2 仿真结果 350

附录F SAR卫星采用的2018年大气模型参数 353

附录G 回归轨道设计结果 355

附录H 回归轨道与覆盖性 360

彩图 365