两种利用d-函数计算倾角函数方法的比较

利用d-函数的Blanco递推(d-funl)和Risbo递推(d-fun2),可以得到两种计算倾角函数及其导数的方法.这两种方法均有较高的精度和稳定性.对于小倾角,d-fun2的精度优于d-fun1,而对于大多数其他倾角,d-fun1的精度优于d-fun2;但d-fun2的稳定性明显优于d-funl;计算速度d-funl比d-fun2约快7倍.但是这两种方法均有sin I=0的奇点.另外,d-函数方法直接计算出来的就是正规化的倾角函数,不能实现倾角函数的无奇点计算,因此不适合在小倾角卫星动力学中应用.     

利用Jacobi多项式计算倾角函数

研究了一种利用Jacobi多项式计算倾角函数的方法,该方法表达式非常简单,不存在k和l是否同奇偶和计算非整数阶乘的问题,也不存在k＜0和k≥0的转换问题,递推公式可使用标准的Jacobi多项式的递推公式.而且,计算精度和适应阶数可与Gooding方法相当,计算时间比Gooding方法省9％.     

Hansen系数递推的效率

探讨了偏心率函数的递推方法的效率, 给出了一种成批递推方法, 其计算效率明显优于直接计算方法, 而且递推是正向的. 采用该成批递推方法递推时, 偏心率函数的量级从小到大变化, 可以保证递推的精度.     

倾角函数递推稳定性分析

历史上曾经提出了较多的倾角函数递推算法,但有一些已经被证明在高阶是不稳定的.通过对递推方向上倾角函数的数量级分析,可以判断倾角函数递推的稳定性.对于常用的3项递推,只有Mk(l)递推是稳定的,其他递推均是不稳定的.但是对于多项递推比较复杂,还需深入分析.     

倾角函数展开及其在分析法轨道预报中的应用

田谐项摄动是分析法轨道预报中的重要部分,其中包含大量倾角函数及其偏导数的计算.由于具有精度更高、速度更快的优点,倾角函数一般通过递推方法计算.以文献中提出的改进Gooding方法为基础,将其给出的程序稍加改进,在计算2–50阶倾角函数时缩短了约24%的计算时间.考虑到分析法预报过程中轨道平倾角变化很小,以泰勒展开式计算倾角函数,可极大提高计算速度,较大程度地减小分析法预报耗时,且引力场阶次越高,减小幅度越大,取50阶时预报耗时缩短了48%.另一方面,以2阶展开式计算倾角函数时,与改进Gooding法相比,分析法预报星历偏差很小.对于500 km高度的低轨卫星,分别以改进Gooding法和2阶泰勒展开式计算倾角函数,预报3天,当地球引力场阶次不高于50时,二者预报星历偏差RMS (Root Mean Square)低于1 mm,且随着轨道高度的增加,预报星历偏差RMS逐渐减小.     

论倾角函数递推公式中的一种特殊的奇点

在推导倾角函数的递推公式时,通常利用(A)1Al-1,m,p(I)+A2Al,m,p(I)+A3Al+1,m,p(I)=0和(C)1Al,m,p-1(I) +(C)2Al,m,p(I)+(C)3Al,m,p+1(I)=0来定义倾角函数的l递推和p递推.指出:这样建立的递推公式将包含cosI=1/n(n为整数)的奇点,使得倾角函数的计算出现错误.该奇点可以通过改变l递推和p递推的定义来克服.     

倾角函数及其导数的定积分计算方法

给出了一种倾角函数及其导数的定积分计算方法,表达式十分简单,其计算精度:倾角函数可达10^-15,导数可达10^-13,可与Gooding方法相媲美.该方法的稳定性和适用倾角范围均较好,可供倾角函数的最高阶数L_max≤50时使用.     

倾角函数递推公式的两种推导方法

推导了超几何级数两种重要的递推关系,并利用这些关系,推导出Gooding的倾角函数递推公式.此外,证明基于Jacobi多项式的递推关系,也可导出该递推公式,并且推导过程比超几何级数的递推更加简单.揭示了Gooding方法的实质是Jacobi多项式的递推.     

倾角函数递推公式的误差传递分析

在倾角函数递推关系这个题目上,一些研究者做过工作,如Challe,A(1969),R.H.Googing(1971),J.A.Campbell(1972),G.E.O.Giacaglia(1976)和童付(1979)。最好的结果是由童付获得的,递推关系仅由二个或三个相邻的函数来表达。然而,当倾角较小时,童付的公式存在严重的计算误差传递。本文导出了一个分析公式来估计此种计算误差传递,并在分析计算误差传递机制的基础上,指出可避免计算误差传递的途径,导出的分析公式见文中第(9)式。     

Hansen系数及其导数的直接计算方法

回顾总结了7种Hansen系数及其导数的直接计算方法,比较分析了这些方法的计算效率和计算稳定性.研究表明:Hansen系数的递推关系可以用来判别计算结果的稳定性.最后指出, Wnuk方法(双精度计算)和McClain方法(4精度计算)是稳定的,可以用来计算人造卫星轨道摄动.由于大多数人造卫星采用小偏心率轨道,需要计算无奇点摄动,推荐使用McClain方法1 (4精度计算).