基于阻力参数估计的低轨卫星轨道确定与预报

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1、国内图书分类号：V412.4国际图书分类号：629.78工学硕士学位论文基于阻力参数估计的低轨卫星轨道确定与预报硕士研究生：卢伟导师：耿云海教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：飞行器设计所在单位：卫星技术研究所答辩日期：2008年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V412.4U.D.C.:629.78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringORBITDETERMINATIONANDPREDICTIONOFLOWEARTHORBITSATELLITESBASEDONES

2、TIMATINGDRAGPARAMETERSCandidate：Supervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Specialty：Affiliation：DateofDefence：LuWeiProf.GengYunhaiMasterofEngineeringSpacecraftDesignResearchCenterofSatelliteTechnologyJune,2008Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘

3、要低轨卫星轨道动力学模型是其轨道确定和预报的根本，其中大气阻力模型的不确定性导致很难较好的对低轨卫星进行轨道确定与预报。针对这一问题，本文从大气阻力建模的问题出发，取得了以下研究成果：首先，根据自由分子流学说，建立了大气阻力和大气升力的数学模型，并对大气阻力模型中的不确定性因素进行了深入的分析。然后，针对有效迎风面积的精确计算问题，引入微元划分的思想，提出了微元中心距离准则方案、正方形微元准则方案和迎风面积包络微元法，并分析了前两种方案的关键点和实现难点，对迎风面积包络微元法进行了详细的阐述，通过仿真计算得到，其计算精度可达99.9%以上，从而有效

4、地解决了具有规则表面的卫星有效迎风面积的精确计算问题。接着，针对星载GPS接收机有测量数据的情况，研究了基于EKF的参数估计法的轨道确定方案，并通过仿真得到其定轨精度为0.6m。并针对大气密度的复杂性和有效迎风面积精确计算的计算量大而导致大气阻力的计算复杂问题，提出了大气阻力等效模型方案，分析了作用在卫星上的大气阻力的变化规律，基于大气阻力的变化规律，建立了大气阻力的等效模型(由常值部分和周期变化部分构成)。在此基础之上，研究了基于EKF的等效阻力参数估计法的轨道确定方案，通过仿真得到，其定轨精度为0.8m，这种方法比较适用于在轨实时计算。基于以上

5、的研究结果，提出了大气阻力模型的修正方案，并根据轨道确定的结果，对大气阻力模型和大气阻力等效加速度模型进行了修正。在此基础上，研究了利用修正后的大气阻力模型进行轨道预报的问题，通过仿真得到，基于阻力系数估计法的轨道预报方案有着较好的预报精度，对卫星进行半天的轨道预报，其位置预报误差在1.2km以内。并分析了基于阻力等效参数估计法预报精度较低的原因，对此提出了相应的提高轨道预报精度的解决方案。最后，对基于阻力系数估计法和等效阻力参数估计法的轨道确定与预报方案进行了详细的比较。关键词轨道确定与预报；大气阻力建模；迎风面积；阻力参数-I-哈尔滨工业大学

6、工学硕士学位论文AbstractTheorbitdynamicsmodelofLow-Earth-Orbitsatellitesisthebasicofitsorbitdeterminationandprediction,inwhichtheuncertaintyofatmosphericdragmodelwouldbringonthatit’sveryhardtogetexactlythebetterresultsoforbitdeterminationandpredictionforLow-Earth-Orbitsatellites.Thisp

7、aperstartsfromtheproblemofmodelingatmosphericdragagainsttheaboveproblems,andgetsthegreatresultsasfellows:Firstofall,modeledthemathematicalmodelofatmosphericdragandatmosphericliftonthebasicofthetheoryoffreemolecularflow,andanalyzedtheuncertaintyfactorsdeeplytotheatmosphericdrag

8、model.Andthen,aimingattheaccuratecalculationproblemofeffectwi