大氣阻力攝動(dòng)計(jì)算方法及誤差分析

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1、維普資訊http://www.cqvip.com、1996{{4中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)第：刪CHINESESPACESCIENCEANDTECHNOL0GY大氣阻力攝動(dòng)計(jì)算方法及誤差分析副墅英(中國(guó)科學(xué)院紫金【J_天文白，南京2l0008)戎鴨名(上海衛(wèi)星工程研究所，}．海2(}0240)≯1I摘要探索了大氣阻力攝動(dòng)精密計(jì)算方法，州提高衛(wèi)星空間位置的預(yù)報(bào)精度，根據(jù)大氣阻力攝動(dòng)的基本原理，給出兩種攝動(dòng)計(jì)算方法，即半分析半數(shù)值方法和數(shù)值積分方法選用三種高層大氣摸型：CIRA一1986、CIRA一1972和D

2、TM摸型，，＼析比較了太陽(yáng)活動(dòng)中高年水平(F取為150，200，250)和10～20的摸型誤差引起衛(wèi)星空間位置的誤差。結(jié)果顯示：①太陽(yáng)活動(dòng)F的大小對(duì)的影響明顯，在同樣摸型誤差情況下，隨f’的增大而成倍地增大；②大氣摸型與實(shí)際之差引起的空間位置誤差隨摸型誤差增大而線性地增大}③不同大氣摸型引起的衛(wèi)星空問位置誤差如一般不大，但在≥200時(shí)，DTM模型與CIRA凄型差異較大。／Ilj主題詞阻力攝動(dòng)大氣模式誤差分析計(jì)算方法1。?！灰弧?、～一一一l大氣阻力攝動(dòng)是影響近地衛(wèi)星預(yù)報(bào)精度的主要誤差源由于高層

3、大氣變化復(fù)雜，且現(xiàn)有的各種大氣模型與實(shí)際還存在較天差異，因此提高大氣阻力攝動(dòng)的計(jì)算精度已成為精密預(yù)報(bào)衛(wèi)星空間位置的關(guān)鍵。至今，國(guó)內(nèi)外對(duì)這一問題還未能較好解決。隨著航天事業(yè)的發(fā)展、有關(guān)工程任務(wù)對(duì)空間目標(biāo)位置預(yù)報(bào)精度的要求已愈來(lái)愈高。為此，本文研究和探索了大氣阻力攝動(dòng)精密計(jì)算力法，以達(dá)到預(yù)報(bào)衛(wèi)星空問位置，其誤差小于一定的精度要求，本文選用三種廣泛使用的高層大氣模型，分析比較不同太陽(yáng)活動(dòng)水平．由于大氣模型不同或與實(shí)際差異而引起的衛(wèi)星空間位置誤差的變化計(jì)算和分析的結(jié)果顯示，本文給出的兩種大氣阻力攝動(dòng)方法，

4、計(jì)算衛(wèi)星空間位置符合較好。大氣模型不同引起的空間位置誤差，當(dāng)不大時(shí)，一般不大；當(dāng)、．．增大或大氣模型誤差增大時(shí)，則空聞位置誤差也相應(yīng)增大CIRA1972--和CIRA1986模型，當(dāng)F達(dá)250時(shí)，仍符合較好。雨DTM模型“，當(dāng)．大于200時(shí)，與用其它模型計(jì)算的空間位置之差則明顯增大，因此選用臺(tái)適的大氣模型是保證大氣阻力攝動(dòng)外推時(shí)，衛(wèi)星空間位置的誤差小于一定精度的關(guān)鍵．而計(jì)算方法、仍值誤差和參數(shù)誤差亦是影響計(jì)算精度的主要因素，這些均需探索和研究收搞期：1995—08—30維普資訊http://www

5、.cqvip.com中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)1大氣攝動(dòng)計(jì)算方法1．1基本原理人造衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方程可寫成，一F+F(1)式中為衛(wèi)星的加速度矢量；Fo為地球中心引力項(xiàng)；為攝動(dòng)部分本計(jì)算方案采用的單位系統(tǒng)：長(zhǎng)度單位為地球赤道半徑6378．140km}時(shí)間單位為13．44686min}角度單位為rad。使用本單位系統(tǒng)后，則地球引力常數(shù)G和地球質(zhì)量的乘積GM=I，在以下公式中GM不再列出。本方案采用的坐標(biāo)系統(tǒng)為地心赤道直角坐標(biāo)系：坐標(biāo)原點(diǎn)在地心，XY平面為觀測(cè)時(shí)刻的真赤道平面，軸方向?yàn)?950．0平春分點(diǎn)在其赤道平面上

6、的投影，Z軸指向北極．XYZ符合右旋法則。在上述系統(tǒng)中，、可表示為一。l(2)—(，，，，t}e)J式中c為小參數(shù)。式(1)的初始條件為b—gol(3)(to)=I?在僅考慮衛(wèi)星受大氣阻力攝動(dòng)的情況下，有—D；一號(hào)()。㈤式中D為衛(wèi)星所受的大氣阻力{’，是衛(wèi)星相對(duì)于大氣的飛行速度}V為’，的大??；S／m是衛(wèi)星對(duì)阻力而言的有效面積質(zhì)量比(簡(jiǎn)稱面質(zhì)比)}c是阻力系數(shù)}P是大氣密度。式(1)的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方程是非線性常微分方程，但方程(1)無(wú)法給出嚴(yán)格解，一般可根據(jù)問題具體要求以及方程中l(wèi)l遠(yuǎn)小于ll的特點(diǎn)

7、，分別使用分析方法、半數(shù)值半分析方法、數(shù)值方法求解1．2大氣攝動(dòng)計(jì)算的半分析半數(shù)值方法由于大氣阻力攝動(dòng)的分析方法與給定的大氣密度模型的近似數(shù)學(xué)表達(dá)式相關(guān)，因此具有一定的局限性為此，我們吸取了分析方法和數(shù)值方法的優(yōu)點(diǎn)，給出一種可直接利用各種大氣密度模型進(jìn)行分析研究的半分析半數(shù)值方法若表示衛(wèi)星軌道根數(shù)：n，i，0，{一ecos~o，一一esinco，^一M+。在僅考慮大氣阻力攝動(dòng)情況下，則由時(shí)的軌道根數(shù)求t時(shí)的軌道根數(shù)的計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為一+d】T+227’(5)7’=。(t一。)；。=：(n。)-at

8、z維普資訊http://www.cqvip.com{西空回科學(xué)摶術(shù)乓中項(xiàng)，除^。一1外，其余均為零。項(xiàng)為1％一d蔑a的表達(dá)式為石da如P(1_斗_cosE)(jFCOS)·，IdEddE[1c。“2E+州!瓶一一一l4Psin(2E42z)F．‘／箍一如p(1㈣s卜㈣‘廂×(7)(sinEsin~o～—=7cosEcos~)·F一p(1__。sE)Ⅲ(1一ec。sE)／r二_x(sinEcosco一／r二7cosEsin~o)·F。一P(】+c0sE)“(1一腿。sE)F·sinE