ah丁剑10.1-基于笛卡尔坐标的卫星地影模型解析(待版费)....doc

Author: 铁沙船 Author: 铁沙船 基于笛卡尔坐标的卫星地影模型解析 丁 剑，瞿 锋，卫志斌，李 谦 （中国测绘科学研究院，北京100039） 【摘 要】卫星地影的精确计算对于卫星的电源设计、定轨和定姿等方面具有重要意义。本文通过基于地心的笛卡尔坐标系，从向量的角度描述了日、地、卫之间的几何关系，针对不同轨道高度的卫星分别利用圆柱形模型和圆锥形模型对其进出地影的时间和位置进行了解算和分析，同时给出了圆锥形模型的计算程序。 【关键词】笛卡尔坐标；卫星地影；圆柱形模型；圆锥形模型 【中图分类号】 【文献标识码】A 【文章编号】1009-2307(2010)01- - Calculating and analysis of satellite umbra based on cartesian coordinate Abstract: Precise calculation of satellite umbra is very important in power design, orbit estimating and positioning of satellite in orbit and so on. First, paper builds Cartesian co-ordinates based on earth center, and describes the geometric relation of the sun, the earth and satellite from vector. And then, it calculates different orbit hightheight satellites entry and exit positions and times trough umbra using cylindrical and conic projection models. Finally, the differences of results are analyzed. Key words: Cartesian co-ordinates; satellite umbra; cylindrical model; conic model DING Jian, QU Feng, WEI Zhi-bing, LI Qian (Chinese Academy of Surveying and Mapping, Beijing 100039, China)  卫星地影 在轨人造地球卫星进入地球阴影，使卫星表面变暗，地球遮挡阳光所形成的地球阴影简称卫星地影，分为半影区和本影区（图1），卫星进入地影时就会出现所谓的卫星食（Satellite Eclipse）。卫星在半影区时还能受一部分阳光照射，进入本影区后则完全处于黑暗之中。 太阳 地球 卫星轨道 本影 半影 半影 图1 卫星地影 卫星进出地影的位置是卫星轨道与地影边界的交点，在卫星工程中需要精确解算进入地影的时刻及在地影中运动的时间，这些量与卫星轨道、太阳方位有关，可以用数值计算方法和解析方法求出。地影造成星上太阳能帆板无法接受太阳照射，导致卫星能源不足，需要地面测控中心及时启动星上蓄电池供电，当卫星脱离地影时，再将供电系统转换至太阳帆板，进行能量储存，并对卫星敏感器件进行抗干扰保护，因此地影期成为卫星故障的高发期；同时地影引起卫星轨道摄动和卫星姿态扰动的太阳辐射压力变化，其动力学模型涉及到地球形状、大气对太阳光的折射、散射、吸收等多种物理因素的影响[1]。 当前，卫星地影的解算方法主要有：①利用卫星发射的轨道六参数与卫星运动方程联合求解；②利用在轨卫星处的对日、地、月的视半径和视面积来判断。存在的问题包括计算精度低无法充分利用当前高精度的卫星轨道数据。由于卫星进出地影是间断的，致使卫星位置的三阶导数的光压摄动部分不连续或近似不连续，这违背了积分器要求积分函数及其高阶导数光滑的前提条件，其不连续对轨道积分的影响取决于积分器跨过地影边界的处理。因此，快速准确地计算卫星进出地影的位置和时间不仅具有重要的科学意义同时具有重要的工程意义。 随着空间大地测量观测技术的发展，卫星轨道的确定精度越来越高，单一利用卫星发射时的轨道参数及其运动方程解算得到卫星轨道已无法满足实时轨道精度的需求，为此，本文利用综合多种观测手段实时得到卫星星历，通过构建基于笛卡尔坐标系的卫星、地球、太阳之间的空间几何关系，分别利用圆柱形和圆锥形模型进行卫星地影解算，并对其结果进行分析。 卫星地影模型的建立与计算 基于笛卡尔坐标系的日地卫关系 卫星在地球自转空间围绕地球旋转，其轨道高度从几百公里到几万公里不等，从在轨卫星对日、地的视场而言，在