衛星軌道 初步學習,零散知識點

2021-08-28 21:19:01 字數 3605 閱讀 4287

說明:加粗為矩陣或者向量

m*a = (g*m*m) / r^2;   可知a = (g*m) / r^2; 

a =-(g*m*r) / r^3 (負號代表加速度a指向地心)

g(引力常數) = 6.67259*e^-11( m^3*kg^-1*s^-2)

gm = 398600.4405 ($km^3$*$s^-2$)

六個軌道根數:a(半長軸), e(扁率), m(虛擬的平近點角), i(軌道傾角), omaga(公升交點赤經), ebuxiu(近地點輻角)

a稱為runge-lenz向量或者laplace向量

真近點角v是a和位置向量r的夾角

半通徑p=h^2/gm=a*(1-e^2)

r×dr = h(const)

h:單位質量角動量或者特殊角動量

l: 角動量

l= m*h (m 衛星質量)

da = 0.5*|r×dr*dt| = 0.5*|h|*dt (da:衛星向徑掃過的面積, dt:時間間隔)(h是常量, 面積相同)

h:面積速度

h×dr= -gm*(r/ r) -a( -a為積分出來的常數,由初始位置和速度決定。成為laplace向量或者runge-lenz向量h×drr/ r垂直於角動量)

(h×dr)*r= -gm*(r/ r)*r-a*r

r = p / (1 + e*cos(v)) (將衛星距離r 與 衛星向量於參考方向a夾角v聯絡在一起), 其中p = h^2 / gm; e = a / gm

真近角點v作為ar夾角

r_min = p / (1+e) 

r_max = p/ (1 -e) (0<=e <1)  或者 r_max = inf (e>=1)

a(半長軸) = 0.5*(r_min + r_max) = p / (1-e^2)

v^2 = gm*( 2 / r - 1 / a ) (活力公式,  能量積分, 表示軌道上任一點的動能與勢能之和為常數. v 是相對速度)

當r=a時候  v_circ = sqrt(gm / a)

t_circ = 2*pi / v_circ = 2*pi * sqrt(a^3 / gm)

x = r*cos(v) = a*(cos(e) - e)

y = r*sin(v) = a*sqrt(1-e^2)*sin(e)

x,y 表示衛星在軌道平面上相對於地心位置

e:偏近角點

h:面積速度

h = a^2 * sqrt(1-e^2)*de* (1 - e*cos(e))

h = sqrt( gm*a*(1 - e^2) )

由以上兩個公式可知:(1 - e*cos(e))*de = n   (式1)

引入平均角速度n = sqrt(  gm / a^3) 從時間tp為近地點, 此時e = 0

對式1積分可知:e(t) - e*sin(e(t)) = n*(t - tp)     (式2)

引入m = n*(t - tp) 稱為平近點角,一圈內變化360度

m = m0 + n*(t - t0)

t = 2*pi / n = 2*pi * sqrt(a^3 / gm)

t^2 / a^3 = 4*pi^2 / gm

f(e) = e - e*sin(e) - m

e(i+1) = e(i) - f(e(i)) / diff(f(e(i))); 牛頓法求解

e(0)=m (小偏心率0指向近地點向量p=a/|a|; 與p垂直的向量q(相應的真近點角v=90度)

w=h/ h; 由(p, q, w)衛星軌道座標系

h = r×dr =(y*dz - z*dy; z*dx - x*dz; x*dy - y*dx)

p1(x) = 1; p2(x) = x;

(n+1)pn+1(x) = (2n+1)x*pn(x) - n*pn-1(x)

f10.7: 太陽分公尺輻射流與太陽極紫外輻射有關,因此引入10.7cm輻射指數f10.7,表示太陽紫外線效應。

kp: 3h地球磁場指數,描述地球磁場3h的變化。由地球維度48~63的12個觀測站k指數獲得,數值範圍在[0, 9]整數。

ap: 3h行星振幅指數。

星固係:(r, t, n)(r,a,c)

地固系:(x,y,z)

徑向:radial

切向:tangential direction

法向:normal orientation

求出地固係(慣性系)下:ex,ey,ez

(x,y,z) = ex*r+ey*t+ez*n

(x,y,z) = r*ex+t*ey+n*ez

保守力:地球中心引力,地球非球形引力,日月及n體引力,地球固體潮汐,海洋潮汐,廣義相對論攝動。

(只與衛星位置有關係,與速度,表面特性無關;能夠精確求出)

非保守力:大氣阻力,光壓模型,地球反照光壓。

(不只與衛星位置有關係,還與速度,表面特性無關;很難數學模型描述,因此引入經驗力模型)

a_srp = f(sat_pos, sun_pos, sat_area, sat_cr);

a_ad = f(sat_pos, sat_vel, sat_area, sat_cd);

const = sat_area,**sat_cr

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