人造卫星轨道设计

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1、4/2/2013卫星轨道基础刘万科、楼益栋空间定位与导航工程研究所7.人造地球卫星轨道设计7.1星下点轨迹7.2地面覆盖7.3卫星星座7.4星下点光照7.5卫星受晒214/2/2013卫星轨道设计人造地球卫星轨道，包括发射轨道、运行轨道和返回轨道（返回轨道不是必须项）轨道设计包括发射轨道设计、运行轨道设计与返回轨道设计卫星轨道需要根据用途与实际要求来选择轨道的设计中涉及到几个共性的问题，即星下点轨迹、地面覆盖、卫星星座、星下点光照、卫星受晒3星下点轨迹①地球采用参考椭球模型，卫星与地心的连线与地面的交点称为卫星的星下点随着卫星的运动，星下点在地面上的位置也在不断地

2、变化，其在地面形成的轨迹称为星下点轨迹424/2/2013星下点轨迹②有两种不同的定义与卫星的运动（轨道根数）和地球自转相关研究星下点轨迹时，常常将地球视为圆球，并将星下点轨迹常投影至地球的平面图上5不考虑地球旋转时的星下点轨迹①假设地球不旋转，由于轨道平面一定穿过地球中心，因此其星下点轨迹一定是一个大圆可以用赤经ߙ和赤纬ߜ来描述星下点ߜൌarcsinݏ݅݊݅ݏ݅݊ݑߙᇱൌarctanܿ݋ݏ݅ݐܽ݊ݑ升段ߙᇱൌ180°൅arctanܿ݋ݏ݅ݐܽ݊ݑ降段634/2/2013不考虑地球旋转时的星下点轨迹②星下点轨迹方程sincottani星下点轨迹的方位角为

3、Aarctan(coti)cosu7不考虑地球旋转时的星下点轨迹③当轨道倾角为0°时，称为赤道轨道；当轨道倾角为90°时，称为极轨道；当0°

4、；当180°൑ݑ൑360°，ߜ൑0°，即星下点轨迹在南半球；arcsinsinisinu9不考虑地球旋转时的星下点轨迹⑤arcsinsinisinu当ݑൌ90°时，ߜ为极大值ߜ୫ୟ୶当ݑൌെ90°时，ߜ为极小值ߜ୫୧୬ii90max180-ii90ii90minii18090卫星的轨道倾角决定了星下点轨迹能到达的南北纬的极值1054/2/2013不考虑地球旋转时的星下点轨迹⑥cotiAarctan()cosu当i=0°，90°，180°时，方位角A为固定值，相应的方位角A=90°，0°或18

5、0°，270°其他情况下，A与u相关；且具有如下的极值uA0=90-iminuA180=90+imax11考虑地球旋转时的星下点轨迹一般用地心经度ߣ和纬度߮来描述星下点=arcsin(sinsin)iuarctan(costan)arctan(costan)iuiuSS(0)()t升段t升段E180+arctan(costan)180+arctan(costan)iuiuSS(0)()t降段t降段E星下点轨迹与6个轨道根数和t都有关星下点轨迹的形状只与ࢇ、ࢋ、࢏、࣓有关ࢹ、࣎只影

6、响星下点轨迹相对于旋转地球的相对位置1264/2/2013圆轨道星下点轨迹圆轨道星下点轨迹的形状仅与ࢇ、࢏有关；或者说仅与ࢀ和࢏有关不同周期圆轨道的星下点轨迹13椭圆轨道星下点轨迹形状①星下点轨迹的形状只与ܽ、݁、݅、߱有关轨道倾角i对星下点轨迹形状的影响倾角的变化对星下点轨迹的影响1474/2/2013椭圆轨道星下点轨迹形状②近地点角距߱对星下点轨迹形状的影响ω的变化对星下点轨迹的影响（i=20°）15回归轨道与准回归轨道①在不考虑摄动因素影响时，卫星连续两次通过升交点称为卫星运行一圈，其对应的轨道周期可表示为ܶ小时/圈在一个恒星日内，地球自转一周，则卫星在一个

7、轨道周期内，升交点在旋转地球上固定西移15°ܶ/圈需要注意的是，此处均是以恒星时为时间单位1684/2/2013回归轨道与准回归轨道②对于互质数D和N，则有24D360D15TNTNN和D分别为实现星下点轨迹重复所需要的最少圈数和恒星日数回归轨道：当D=1恒星日时，则星下点轨迹逐日重复，其轨道称为回归轨道按顺序给卫星运行产生的各圈星下点轨迹标号，称为圈号，依次为0,1,2,……17回归轨道与准回归轨道③比如T=6小时/圈，则N=4圈，D=1恒星日，这是重复周期为4圈、重复日期为