大气阻力摄动计算方法及误差分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com、1996{{4中国空间科学技术第：删CHINESESPACESCIENCEANDTECHNOL0GY大气阻力摄动计算方法及误差分析副墅英(中国科学院紫金【J_天文白，南京2l0008)戎鸭名(上海卫星工程研究所，}．海2(}0240)≯1I摘要探索了大气阻力摄动精密计算方法，州提高卫星空间位置的预报精度，根据大气阻力摄动的基本原理，给出两种摄动计算方法，即半分析半数值方法和数值积分方法选用三种高层大气摸型：CIRA一1986、CIRA一1972和D

2、TM摸型，，＼析比较了太阳活动中高年水平(F取为150，200，250)和10～20的摸型误差引起卫星空间位置的误差。结果显示：①太阳活动F的大小对的影响明显，在同样摸型误差情况下，随f’的增大而成倍地增大；②大气摸型与实际之差引起的空间位置误差随摸型误差增大而线性地增大}③不同大气摸型引起的卫星空问位置误差如一般不大，但在≥200时，DTM模型与CIRA凄型差异较大。／Ilj主题词阻力摄动大气模式误差分析计算方法1。。～一一——一、～一一一l大气阻力摄动是影响近地卫星预报精度的主要误差源由于高层

3、大气变化复杂，且现有的各种大气模型与实际还存在较天差异，因此提高大气阻力摄动的计算精度已成为精密预报卫星空间位置的关键。至今，国内外对这一问题还未能较好解决。随着航天事业的发展、有关工程任务对空间目标位置预报精度的要求已愈来愈高。为此，本文研究和探索了大气阻力摄动精密计算力法，以达到预报卫星空问位置，其误差小于一定的精度要求，本文选用三种广泛使用的高层大气模型，分析比较不同太阳活动水平．由于大气模型不同或与实际差异而引起的卫星空间位置误差的变化计算和分析的结果显示，本文给出的两种大气阻力摄动方法，

4、计算卫星空间位置符合较好。大气模型不同引起的空间位置误差，当不大时，一般不大；当、．．增大或大气模型误差增大时，则空闻位置误差也相应增大CIRA1972--和CIRA1986模型，当F达250时，仍符合较好。雨DTM模型“，当．大于200时，与用其它模型计算的空间位置之差则明显增大，因此选用台适的大气模型是保证大气阻力摄动外推时，卫星空间位置的误差小于一定精度的关键．而计算方法、仍值误差和参数误差亦是影响计算精度的主要因素，这些均需探索和研究收搞期：1995—08—30维普资讯http://www

5、.cqvip.com中国空间科学技术1大气摄动计算方法1．1基本原理人造卫星运动方程可写成，一F+F(1)式中为卫星的加速度矢量；Fo为地球中心引力项；为摄动部分本计算方案采用的单位系统：长度单位为地球赤道半径6378．140km}时间单位为13．44686min}角度单位为rad。使用本单位系统后，则地球引力常数G和地球质量的乘积GM=I，在以下公式中GM不再列出。本方案采用的坐标系统为地心赤道直角坐标系：坐标原点在地心，XY平面为观测时刻的真赤道平面，轴方向为1950．0平春分点在其赤道平面上

6、的投影，Z轴指向北极．XYZ符合右旋法则。在上述系统中，、可表示为一。l(2)—(，，，，t}e)J式中c为小参数。式(1)的初始条件为b—gol(3)(to)=I⋯在仅考虑卫星受大气阻力摄动的情况下，有—D；一号()。㈤式中D为卫星所受的大气阻力{’，是卫星相对于大气的飞行速度}V为’，的大小；S／m是卫星对阻力而言的有效面积质量比(简称面质比)}c是阻力系数}P是大气密度。式(1)的卫星运动方程是非线性常微分方程，但方程(1)无法给出严格解，一般可根据问题具体要求以及方程中ll远小于ll的特点

7、，分别使用分析方法、半数值半分析方法、数值方法求解1．2大气摄动计算的半分析半数值方法由于大气阻力摄动的分析方法与给定的大气密度模型的近似数学表达式相关，因此具有一定的局限性为此，我们吸取了分析方法和数值方法的优点，给出一种可直接利用各种大气密度模型进行分析研究的半分析半数值方法若表示卫星轨道根数：n，i，0，{一ecos~o，一一esinco，^一M+。在仅考虑大气阻力摄动情况下，则由时的轨道根数求t时的轨道根数的计算公式可简化为一+d】T+227’(5)7’=。(t一。)；。=：(n。)-at

8、z维普资讯http://www.cqvip.com{西空回科学抟术乓中项，除^。一1外，其余均为零。项为1％一d蔑a的表达式为石da如P(1_斗_cosE)(jFCOS)·，IdEddE[1c。“2E+州!瓶一一一l4Psin(2E42z)F．‘／箍一如p(1㈣s卜㈣‘厢×(7)(sinEsin~o～—=7cosEcos~)·F一p(1__。sE)Ⅲ(1一ec。sE)／r二_x(sinEcosco一／r二7cosEsin~o)·F。一P(】+c0sE)“(1一腿。sE)F·sinE