卫星轨道预报的一种分析方法

人造地球卫星的轨道预报是空间环境监测和实时跟踪测量中一个重要环节，由于监测对象众多，要求精度也不太高，通常采用分析法预报．在已有分析法得到t时刻平均根数的基础上给出一种轨道预报方法，由t时刻的平均根数给出该时刻卫星的位置和速度，在此基础上将地球非球形引力摄动的周期项直接用卫星直角坐标的位置和速度分量表示，这样可以避免在计算轨道根数变化的周期项时出现的奇点问题，从而对根数的选择无特殊要求，可适用于各种轨道，简化预报程序和相应的软件，提高预报效率。     

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).     

地球磁场对带电人造卫星轨道根数的摄动影响

研究了地球磁场对带电的非赤道卫星的轨道根数的摄动影响，理论结果表明，地球磁场对带电卫星的轨道半长轴没有摄动影响，既无周期摄动，也无长期摄动，但对轨道偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点经度和历元平近点角均有周期摄动，且对升交点和近地点经度还有长期摄动效应，通过算例表明，当卫星带有大量电菏时，地球磁场对卫星轨道的摄动影响必须加以考虑。     

在电离中电感应阻力对带电卫星轨道根数的摄动影响

研究了在高空电离层中运动的带电荷的卫星受电感应阻力后对轨道根数产生的摄动影响。研究结果表明，电感应阻力对带电卫星的轨道半长轴、轨道偏心率、近地点赤经、历元平赤经均有周期摄动影响，但除对半生长轴有长期摄动效应外对其它轨道根数均无长期摄动。轨道倾角和升交点赤经不受摄动影响。文中以飞行在高度1500km的电离层中的导体卫星作为算例。计算结果显示：带电导体卫星在高空电离层中带有一定电量时电感应阻力对轨道半长轴的缩短产生显著效应。     

地球磁场对带电人造卫星轨道根数的摄动影响

研究了地球磁场对带电的非赤道卫星的轨道根数的摄动影响。理论结果表明，地球磁场对带电卫星的轨道半长轴没有摄动影响，既无周期摄动，也无长期摄动，但对轨道偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点经度和历元平近点角均有周期摄动，且对升交点和近地点经度还有长期摄动效应。通过算例表明，当卫星带有大量电荷时，地球磁场对卫星轨道的摄动影响必须加以考虑。     

在电子计算机上自动推导Flora群小行星的普遍摄动I．Hansen方法应用

在IBKM 4341电子计算机上应用Hansen方法和运行Broucke R.开发的Poisson级数展开程序系统，自动推导了木星对Flora群小行星的普遍摄动，将将计算得到的摄动系数表与前人应用Bohlin群法所得相应表作了比对。由此得到结论：1．取代Bohlin群法，用在电子计算机上建立的Hansen方法程序能够既快又精确地计算小行星的普遍摄动；2．对于1000″＜n＜1100″（n为小行星的周日平均运动，单位以弧秒／日表示）情形，如果小行星轨道的偏心率e和交角i不太大，Stroemberg表是适用的，最大误差不到20″；3．对于n-1047″情形，因此时n′/n－2／7，接近通约状态（n′为木星的周日平均运动），必须计及（2－7）长周期项，而de la Villemarque所给出的公式不够精确；4．对于975″＜n＜1000″情形，Stromberg表因其精度低而不适用，当e,i较大时尤甚；5．对于n-997″情形，因此时n′／n-3/10，即接近另一种通约状态，必须计及（3－10）长周期项。     

火星非球形引力位田谐项联合摄动分析解

火星非球形引力场模型与地球有明显差别,其非球形引力位中的田谐项系数基本都要比地球的相应值大一个量级,尤其是J_2,2项（赤道椭率项）的大小接近它的动力学扁率项J₂.对于低轨探测器,若要使轨道外推1 d弧段的精度达到500 m(相当于标准单位10^-4量级),在构造环火探测器的轨道分析解时,田谐项与J₂项以及田谐项与田谐项之间的联合摄动不容忽视.根据摄动量级分析和构造的摄动分析解证实,上述联合摄动对轨道沿迹方向的影响可超过10^-4,并给出了数值验证.结果表明,与地球低轨卫星不同,在类似的问题中,构造环火卫星摄动分析解时,必须考虑这些联合摄动项的影响.     

LAGEOS卫星轨道改进的一种简易方法

分析表明，卫星轨道偏差对预报的影响主要表现在M和Ω这两个轨道根数上。本给出了M、Ω的修正公式，并结合LAGEOS测距数据，对卫星的短期预报进行修正，取得了满意的结果。     

环火卫星运动的坐标系附加摄动及相应坐标系的选择

与处理地球卫星相关问题类似,在研究和处理环火卫星(尤其是低轨卫星)的轨道问题时,宜采用火心历元平赤道坐标系,即火心天球坐标系,其xy坐标面和x轴方向就是相应的平赤道面和平春分点方向.与地球的岁差章动现象类似,在该坐标系中,火星赤道面在空间的摆动同样会引起坐标系附加摄动.采用类似对地球岁差章动的处理方法,在一定精度前提下,基于IAU2000火星定向模型,处理了火星赤道面摆动中的岁差效应,并在此基础上,研究岁差对环火卫星轨道的影响,给出了相应的火星非球形引力位的变化及其导致的卫星轨道的坐标系附加摄动解,其表达形式简单,引用方便.与高精度数值解的比对表明,该分析解能够满足通常的精度要求.因此,在处理环火卫星(即使是低轨卫星)轨道及其相关问题时,可以采用统一坐标系:火心天球坐标系.而不必像当初处理地球卫星那样,为了避免计算坐标系附加摄动而引进一种混合型赤道坐标系,即采用瞬时真赤道面和历元平春分点方向作为其xy坐标面和x轴方向.在统一坐标系的选择下,实际工作中就不会存在坐标系转换的麻烦.     

一种初轨计算的稳健方法

光学测角资料的初轨计算在空间目标搜索发现中具有重要作用,当观测资料存在野值时,基于最小二乘的经典初轨计算方法不够稳健.采用最小一乘方法建立了一种初轨计算的稳健方法,方法将初轨计算问题转换为线性规划问题求解,并通过bootstrap方法给出估计精度.数值计算结果表明方法稳健有效,并具有较高的崩溃点.     

The Time Equation of Light Propagation in XNAV

We discuss in detail the general relativistic effect in the X-ray sourcebased navigation for autonomous position determination program (XNAV). By using the post-Newtonian approximate method of the DSX scheme, we calculate the bending of light and the gravitational time delay under the 1PN metric, as well as the gravitational time delay under the 2PN metric, and finally obtain the high-accuracy time equation of light propagation in XNAV.     

保持Runge-Lenz向量的数值方法

对孤立积分和能够保持Runge-Lenz向量的梯形公式进行详尽讨论．孤立积分就是限制粒子运动区域的不变量，具有n个自由度的自治可积哈密顿系统且只有n个互相对合的独立孤立积分，并且其他孤立积分的存在对粒子的运动是有意义的，Kepler二体系统存在能量积分、角动量积分和Runge-Lenz向量．对于平面运动情况，这三类积分中只有3个独立孤立积分；而对于三维空间情形，该三类积分仅有5个是独立的．就前者而言，Kepler二体平面运动积分构成该系统中的对称群SO（3），经过Levi-Civita变换，它可以转化为二维各向同性谐振子系统中的对称群，而该对称群能够被梯形公式准确保持，另一方面，对于后者梯形公式对这三类积分的严格保持还可以在5个Kepler轨道根数n、e、i、Ω和w上得到体现。     

关于X射线脉冲星自主导航的位置观测方程

在X射线脉冲星自主导航(XNAV)中,位置观测方程表达了X光子到达航天器的时刻(TOA)和航天器位置的关系.具体讨论时,一般用TOA和"时间基准"的差值代替TOA,用太阳系质心系中的位置矢量表示航天器的位置."时间基准"可以取X光子到达太阳系质心(SSB)的真实时间,也可以取X光子到达SSB的"等效时间".讨论了基于这两种时间基准的位置观测方程,给出了时间精度为0.1 ns的位置观测方程,分析了其中各项的物理意义.     

An Orbital Prediction Algorithm for LEO Satellites Based on Optical Observations of Short Arcs at Single Station

The forecasting technique of the target tracking based on the short arcs at single station is an important way to guarantee that high-precision photoelectric theodolites can normally track and capture the targets in unconventional environments. We construct the tracking prediction algorithm based on nonlinear filter, which can provide the guiding data for the closed loop tracking under normal circumstances. At the same time we also construct the target prediction algorithm based on the nonlinear transformation, without valid observational data, which can provide a track guidance for the theodolite and ensure that the targets will not be lost. It is demonstrated that the nonlinear filtering is more effective than the EKF (extended Kalman filter) in the tracking prediction algorithm of the short arcs at single station. The results indicate that the nonlinear filter designed in this paper can be used as the guiding algorithm for the optical tracking equipments. And its guiding accuracy is in the same order of magnitude of the theodolite's random measurement accuracy. When the systematic error of the equipments reaches 50″, the accuracy can achieve 20″ for predictions in 60 s. This still satisfies the requirement of the field of view of the tracking equipments.     

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.     

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.