STK实验卫星轨道全参数仿真

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1、实验一 卫星轨道参数仿真一、实验目的1、了解STK的基本功能；2、掌握六个轨道参数的几何意义；3、掌握极地轨道、太阳同步轨道、地球同步轨道等典型轨道的特点。二、实验环境卫星仿真工具包STK三、实验原理（1）卫星轨道参数六个轨道参数中，两个轨道参数确定轨道大小和形状，两个轨道参数确定轨道平面 在空间中的位置，一个轨道参数确定轨道在轨道平面内的指向，一个参数确定卫星在轨 道上的位置。轨道大小和形状参数：这两个参数是相互关联的，第一个参数定义之后第二个参数也被确定。第一个参数semimajor axis 半长轴apogee radius 远地点半径apogee altitude 远地点高度Perio

2、d轨道周期mean motion 平动第二个参数Eccentricity 偏心率perigee radius 近地点半径perigee altitude 近地点高度Eccentricity 偏心率Eccentricity 偏心率图1决定轨道大小和形状的参数轨道位置参数：轨道倾角（Inclination）轨道平面与赤道平面夹角升交点赤经（RAAN）赤道平面春分点向右与升交点夹角近地点幅角（argument of perigee）升交点与近地点夹角卫星位置参数:表1卫星位置参数参数说明True Anomaly真近点角（近地点与卫星之间的地心角距，从近地点沿 卫星运动方向度量）Mean Anomal

3、y平近点角（卫星从近地点开始按平均轨道角速度运动转 过的角度）Eccentric Anomaly偏近点角（近地点和卫星对轨道长轴垂线的反向延长线 与椭圆外切圆的交点之间的圆心角距）Argument of Latitude纬度幅角（升交点到卫星的地心张角，从升交点沿卫星 运动方向度量）Time Past Ascending Node过升交点时间Time Past Perigee过近地点时间（2）星下点轨迹在不考虑地球自转时，航天器的星下点轨迹直接用赤经a、赤纬8表示（如图2）。 直接由轨道根数求得航天器的赤经赤纬。图2航天器星下点的球面解法在球面直角三角形SND中：sin 8 =sin i si

4、n u = sin i sin( + f)以=O + 以(1)tan 以=cos i tan u = cos i tan( + f)由于地球自转和摄动影响，相邻轨道周期的星下点轨迹不可能重合。设地球自转角速度为 E，匕时刻格林尼治恒星时为Sg0，则任一时刻格林尼治恒星时Sg可表示成： SG = SG0 + E (t - f0)在考虑地球自转时，星下点地心纬度中与航天器赤纬a仍然相等，星下点经度( 与航天器赤经a的关系为：人=a - Sg = a - S -(t -1 )平=8将(1)代入上式，得到计算空间目标星下点地心经纬度Q,中)的公式，即空间目 标的星下点轨迹方程为：仔=。+ arctan

5、(cos i - tan u) S(t t )甲=arcsin(sin i - sin u)其中中为星下点的地理纬度，X为星下点的地理经度，u是纬度幅角，e为地球自 转角速度。由(4)中的第二式可知，i=90。时，中取极大值中maxi =-90。时，中取极小值中min且有1 ii 90J ii 90mini -180（5）i 90因此，空间目标的轨道倾角决定了星下点轨迹能达到的南北纬的极值。四、实验内容1、结合六个轨道参数的几何意义，每个轨道参数分别取不同值，给出相应的三维图;2、分析二体条件下圆轨道（根据向导添加）六个轨道参数随时间的变化规律;Initial Slate Tool.Propa

6、gctor: | TwqBqgStart Time- |l Jul 2007IJTCGStop Time: |2Jul 2007 12:Ju：J0jDDiUTU3Step Sze: | sec画Orbit Epoch: |1 Jul2007 12:M:DO.OTO UTCG SeniiinajarAds 三|7378.14km Coord Epoch: |1 Jan 2000 11:5S:55.216 UTCGI Eccentricity卜 | |oCoDnd Tfe:Qasscal二|hclhation145 deg刖Coond System-j二|Aigument of Perigee|D

7、dea回Prop Specific:IVA|RAAN|Ddeg同|True Anomal/ | |0 deg卫星参数设置半长轴a gjximmnazo 宓d加仲嫩叫网网 WWWSWMH 。购网姒做g 3 -WOKWMWWW 3曲5 iU5LuOU：uaU6 i3 ilUlXlXWljlXUK OiMCTOWKmXKZ a gjXKmZWQQSD日邸心事邮蛔画yrjixMfl? r?MMCW所处心网瀚iLTCG,!1 Jaiiocrmg皿GOD ta 7JJ2IW ITEEiXV64fiiMVO偏心率轨道倾角u G-j3!XCjiZttC23G iGCKUSKXKM0网nwgo睥口 fflMMW

8、MWMG WSWaXKXfXtZd 加5 WiiiWKiiWJ&网G WSWGQXXfKK2G WiXXXXXXXXXiSli 惭惜WWftWH谱湖丫竹何诬网2血l衡整觑仲狎iurc.i1 jV 7I? U 皿网蹄 也 卫 jaTQj? H DU i 皿IWtl升交点赤经侦D 3UD RP 10口0-0 it-D RP3P % r/d SM? Fwp(jnr_m!:.H5rlZiajPCTiKWftK1近地点幅角真近点角3、比较分析 Polar Orbit、Sun-Synchronous Orbit、HEO、GSO、GEO 卫星的特点， 并给出相应的图示说明。（1）Polar Orbit （极

9、地轨道）：Initial 5tate Tool.Propagator: JZPerturbationStart -Time: |1 Jul 2C712:CD:DJ.0DD UTD3 _Stop Time: |2 Jul 2CS7 12:CD:DD.DDD UTD3-Step Size:secOrbit Epoch: |l Jul 的? 12:00:00.。LTTCG 瓯| pemimajor Axis三| |6778.14kmCoord Epocti：1 Jan 2DOT 11:58:55.31 S UTCGEccentriat/二| 机目Caord Type:assical二|Inclina

10、tion |90 deg则Coord System:J2MD二Argument of Perigee pdeg回|RAANJ279.0e6deg囹Prop Specific:Special Options.|True AnomalrjvJOdeg哭|Initial State Tool.(2) Sun-Synchronous Orbit (太阳同步轨道):Propagator: | J2Pertuiati(jnStart Tme:|1 Jul 2M712：uu：uu.uuu UTOStop Time:p Jul 斓7器UTO-里Step Size:|fiD secOrbit Epoch:1 J

11、ul2M712:CC:0lC0DUTDG 里| |SemimajQrAxis二| 775.14 km哭|Coord Epoch:1 Jan 2ffl 11:58:55.816 UTCG 弓 Eccentricity曰p囹Coond Type:Coond System:|QassicalInclinationJ2(HX)Aigument of Perigee97.034fideg回|Ddeg毋|Prop Specific:Speciml_Options |True Anomaly|273.K6deg囤|Ddeg罡|(3) HEO (高地球轨道):Start Time:|1 Jul 20Q712;

12、Cu；DC.UDD UTDG_Stop Time:|3Jul 20&7 12:Cn：IC.DD UTDGStep Size:|sec司Orbit Epoch:1 Jul2W712:=D:H.=。UTDG 甲|Coord Epoch: |l Jan 2000 11:58:55.816 UTCGCoord Type:|Ch 霏 iGICoord System: |J2OCDProp Specific: Special Options.Perigee Altitude|涮置km里|Inclination145-deg里Argument erf Perigee|DdegRAANf273.06j6deg

13、|Tnje Anomaly二|F deg2&DD0 km|Apogee /MtitudeE dlu虹厦tonl Use- Onty(4) GSO (地球静止轨道):P nopagator: |.J2Pe rturtiationInitial State Tool. IStart Time;1 Jul 细7 1 之OD:(HkNO UTCG 嗥 |Stop Time:|2 Jul202:Co：uu.uuSUTCGOrbit Epoch;PeriodB54CDsecin；Coord Epoch:1 Jm 20DD 11:58:55.16 UTCG : |EccentricityProp Speci

14、fic:Coord Tpe:Coord System:Special Options.Argument of Perigee|0deg里|raanq|l16deg回|True Anomaly二J|Ddeg回DdegIndinationIn：,】(5) GEO (地球同步轨道):Start Time:|1 Jul 20听UTDG嗔 |Stop Time:|2 Jul 2D&712:C：:DC.DDD UTDG_Step Size:lessee函|Orbit Epoch: |1 Jul 2D07 12:Co：H.DDD UTDGCoord Epoch: |1 Jan2uu311;53;.S15UTD3Coord Type: |0assical三|Coord System; |伽叩Prop Specific: Special Options.Periodt |sec| EccentricityInclinationArgument of Perigee|RAANt | |l16degTrue Anamafyv | |°（加文字描述各种轨道突出特点）