空间目标轨道基本理论与仿真应用

第1章 概述/1
1.1 空间与空间环境/1
1.1.1 空间的定义/1
1.1.2 空间环境及其影响/2
1.2 轨道与轨道分布/7
1.2.1 轨道的概念/7
1.2.2 轨道的特点/9
1.2.3 轨道的分布/10
1.3 地球的相关概念/10
1.3.1 大地水准面/10
1.3.2 地球椭球体/11
1.4 天球的相关概念/12
1.4.1 天球/12
1.4.2 天球上的圈和点/12
1.4.3 岁差/16
1.4.4 章动/18
1.4.5 极移/19
1.5 轨道常用仿真软件介绍/20
1.5.1 STK软件简介/21
1.5.2 ODTK软件简介/21
1.5.3 SOFA软件简介/22
1.5.4 Matlab航空航天工具箱简介/22
思考题/22
第2章 时间系统与坐标系统/24
2.1 时间系统及其转换/24
2.1.1 世界时系统/25
2.1.2 原子时系统/27
2.1.3 动力学时系统/28
2.1.4 年、历元和儒略日/28
2.1.5 时间转换/30
2.2 坐标系统及其转换/30
2.2.1 天球坐标系/30
2.2.2 地球坐标系/33
2.2.3 坐标转换/36
2.3 仿真应用/46
2.3.1 仿真用例/46
2.3.2 仿真操作/46
2.3.3 仿真分析/48
思考题/49
第3章 轨道运动原理/50
3.1 开普勒轨道根数/50
3.1.1 经典轨道根数/51
3.1.2 备用轨道根数/55
3.2 二体问题/57
3.2.1 二体运动的特性/57
3.2.2 开普勒方程/63
3.3 轨道根数与位置矢量、速度矢量之间的关系/65
3.3.1 由位置矢量和速度矢量计算轨道根数/65
3.3.2 由轨道根数计算位置矢量和速度矢量/67
3.4 两个时刻的位置矢量和速度矢量的关系/67
3.4.1 F和G的闭合形式/67
3.4.2 F和G的级数/70
3.5 仿真应用/71
3.5.1 仿真用例/71
3.5.2仿真操作/71
3.5.3 仿真分析/73
思考题/73
第4章 轨道摄动原理/75
4.1 轨道摄动概述/75
4.2 受摄轨道的轨道根数/77
4.2.1 密切轨道根数与平均轨道根数/77
4.2.2 TLE/78
4.3 轨道摄动方程/80
4.3.1 轨道摄动方程的基本形式/80
4.3.2 拉格朗日摄动方程/81
4.3.3 牛顿摄动方程/83
4.4主要轨道摄动项及其影响/84
4.4.1地球非球形引力摄动/84
4.4.2 大气阻力摄动/88
4.4.3 日月引力摄动/89
4.4.4 太阳光压摄动/89
4.4.5 摄动力的量级/90
4.5 仿真应用/91
4.5.1 仿真用例/91
4.5.2 仿真操作/92
4.5.3 仿真分析/104
思考题/106
第5章 轨道机动原理/107
5.1 轨道机动概述/107
5.1.1 轨道机动的概念/107
5.1.2 轨道机动分类/108
5.1.3 轨道机动的燃料消耗/109
5.1.4 轨道机动的应用/109
5.2 典型轨道机动的分析方法/110
5.2.1 霍曼转移/110
5.2.2 双椭圆轨道转移/113
5.2.3 共轨机动/114
5.3 一般轨道机动的分析方法/116
5.3.1 共面轨道机动/116
5.3.2 轨道面机动/117
5.3.3 轨道机动的一般情况/119
5.4 仿真应用/119
5.4.1 仿真用例/119
5.4.2 仿真操作/120
5.4.3 仿真分析/130
思考题/130
第6章 轨道预报与确定/132
6.1 轨道预报/132
6.1.1 轨道预报模型简介/132
6.1.2 地球引力加速度/133
6.1.3 大气阻力加速度/134
6.1.4 第三体引力加速度/136
6.1.5 轨道预报积分算法/139
6.1.6 SGP4/SDP4模型/147
6.2 初轨计算/149
6.2.1 二矢量定轨法/149
6.2.2 三矢量定轨法/150
6.2.3 F、G级数法/151
6.3 轨道改进/152
6.3.1 基本原理/153
6.3.2 模型中的偏导数矩阵/154
6.3.3 加速度的偏导数/156
6.3.4 观测量对状态矢量的偏导数/158
6.3.5 观测量对测量模型参数的偏导数/159
6.3.6 轨道确定的一般步骤/159
6.3.7 主要误差源对定轨精度的影响/160
6.4 仿真应用/161
6.4.1 仿真用例/161
6.4.2 仿真操作/162
6.4.3 仿真分析/165
思考题/165
第7章 空间目标编目/167
7.1 空间目标编目的基本概念/167
7.2 空间目标编目的数据库/168
7.3 空间目标编目的基本流程/170
7.4 轨道匹配的基本流程/172
7.4.1 自编目库匹配具体流程/172
7.4.2 TLE编目库匹配具体流程/174
7.4.3 UCT编目库匹配具体流程/174
7.5 仿真应用/176
7.5.1 仿真用例/176
7.5.2 仿真操作/177
7.5.3 仿真分析/179
思考题/180
第8章 轨道分类与特殊轨道/181
8.1 轨道的基本分类/181
8.2 特殊轨道原理与特点/183
8.2.1 地球同步轨道/183
8.2.2 冻结轨道/184
8.2.3 太阳同步轨道/185
8.2.4 回归轨道/186
8.3 仿真应用/188
8.3.1 仿真用例/188
8.3.2 仿真操作/188
8.3.3 仿真分析/192
思考题/193
第9章 卫星星座分类与构型/194
9.1 星座的分类/194
9.2 典型星座构型/195
9.2.1 Walker星座/195
9.2.2 复合Walker星座/198
9.2.3 椭圆轨道 赤道轨道星座/199
9.2.4 太阳同步轨道星座/199
9.2.5 非均匀星座/200
9.3 星座备份/200
9.4 仿真应用/201
9.4.1 仿真用例/201
9.4.2 仿真操作/202
9.4.3 仿真分析/209
思考题/209
附录A 岁差与章动模型/210
A.1 岁差模型/210
A.2 章动模型/211
附录B 时间转换相关公式/214
B.1 日历相关/214
B.2 时间尺度相关/215
附录C 坐标转换相关公式/217
C.1 基于春分点的经典转换方法/217
C.2 基于无旋转原点(NRO)的新方法/218
附录 DSOFA软件时间坐标转换函数/220
D.1 时间转换相关函数/220
D.2 坐标转换相关函数/222
附录E 时间与坐标转换代码/224
E.1 时间转换相关代码/224
E.2 坐标转换相关代码/227
附录F 飞行时间的普适公式/230
F.1 公式推导/230
F.2 算法代码/233
参考文献/236