高层大气密度的午夜极大值特征分析与建模

利用CHAMP (CHAllenging Minisatellite Payload)、GRACE-A (Gravity Recovery and Climate Experiment-A)、SWARM-C (The Earth''s Magnetic Field and Environment Explorers-C)等3颗极轨卫星的资料, 研究360—480km高层大气密度在低纬度区域的午夜极大值(Midnight Density Maximum, MDM)现象. MDM一般出现在23:00- 02:00 LT (Local Time)之间,峰值位置在低纬度15°以内,谷值位置在中纬度35°-45°附近,整体略偏向南半球,振幅约为平均密度的26%.随着高度增大以及太阳辐射水平的增强,MDM振幅呈减小趋势;冬至和夏至日附近的季节效应会减弱MDM振幅,在春秋分日的振幅最大.用3个主流大气模型DTM2000 (Drag Temperature Model 2000), NRLMSISE00 (US Naval Research Laboratory, Mass Spectrom-eter and Incoherent Scatter radar)和JB2008 (Jacchia- Bowman 2008 model)对MDM进行模拟,JB2008没有刻画出MDM现象;另两个模型低估了MDM效应,在360km和480km两个高度DTM2000模型的振幅仅为观测的46%和53%, NRLMSISE00模型仅为观测的33%和26%;模型没有准确刻画出MDM与高度、辐射水平和季节的关系.联合3颗卫星的资料,研究了-种基于地理纬度的6阶勒让德多项式,同时融合地方时和高度因素的经验函数,在振幅和相位上可以较好地刻画MDM特征,相关系数达到0.923,可为大气密度模型的修正提供借鉴,服务于低轨道航天器高精度轨道预报.     

热层大气密度对太阳辐射27 d短期震荡的响应规律

在近地空间目标和碎片的定轨预报任务中,需要准确计算热层中性大气密度。太阳辐射约27 d周期的短期震荡是影响大气密度的一种重要的空间环境因素,它会引起大气密度在全球尺度上的涨落。选择CHAMP、GRACE-A和SWARM-C这3颗极轨卫星星载加速仪数据推导出的大气密度资料,提取其中的27 d短期变化信号,与太阳极紫外辐射(S₁₀指数)的27 d短期变化进行多元回归分析,研究热层大气密度对太阳辐射短期变化的响应规律,及其在不同高度、辐射水平、昼夜半球和纬度等方面的差异。结果表明：太阳辐射短期变化对大气密度的影响与高度负相关(主要因素)、与辐射水平正相关(次要因素);对白天半球的影响是夜间半球的约2倍;在白天半球,辐射影响随着纬度增大而减弱,夜间半球恰好相反。将以上观测结果与NRLMSISE00模型模拟结果对比,发现模型低估了太阳辐射短期变化对大气密度影响的(50%～60%),且低估了高度差异,但高估了辐射水平差异。利用SOHO卫星对太阳26～34 nm波长极紫外辐射1 h分辨率的测量值,研究了大气密度对辐射的响应延迟时间,约为18 h (0.75 d)。研究结果对于优...     

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.     

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.     

倾角函数的四精度计算试验

倾角函数是天体力学分析理论中一种常用的函数.当把摄动方程展开成时间和根数的形式时需要用到.历史上提出了很多经典的倾角函数递推算法,并在双精度平台下开发了Fortran程序.进行了1次四精度计算倾角函数的试验,结果表明:L平面递推方法的四精度计算精度可达10-22,计算速度比双精度Jacobi方法快6倍.     

探测双星轨道演变及定轨精度分析

探测双星是中国目前在轨运行的大椭圆轨道卫星.自发射以来,双星轨道不断演变,对定轨和预报精度产生了一定影响.定性定量地分析了探测双星的轨道演变规律.在当前的跟踪模式下,根据轨道演变的不同阶段分析了相应的定轨预报精度,从而为卫星应用部门调整计划模式,确保卫星有效载荷正常提供依据.最后,通过轨道演变的趋势预测了双星的轨道寿命.     

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.     

用CHAMP加速仪数据校验太阳活动峰年的大气模型精度

介绍CHAMP星载加速仪数据的处理方法.通过对实测数据的分析证实仪器的x轴存在故障.为了研究太阳活动峰年大气模型的精度,处理了2001至2002年的加速仪数据,利用切向非引力加速度反算大气密度.然后从统计的角度分析DTM94和MSIS90大气模型的误差,得到一些定量的结论,太阳活动峰年DTM94的误差为30%-35%,MSIS90的误差为25%-30%,MSIS90比DTM94误差小,模型间最大差异约10%.     

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％.