STK实验卫星轨道全参数仿真.docx

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STK实验卫星轨道全参数仿真

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。

第一个参数第二个参数

semimajoraxis半长轴Eccentricity偏心率

apogeeradius远地点半径perigeeradius近地点半径

apogeealtitude远地点高度perigeealtitude近地点高度

Period轨道周期Eccentricity偏心率

meanmotion平动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（argumentofperigee）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

TrueAnomaly

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）

MeanAnomaly

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）

EccentricAnomaly

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）

ArgumentofLatitude

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）

TimePastAscendingNode

过升交点时间

TimePastPerigee

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α、赤纬δ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：

（1）

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

，t0时刻格林尼治恒星时为

，则任一时刻格林尼治恒星时

可表示成：

（2）

在考虑地球自转时，星下点地心纬度与航天器赤纬δ仍然相等，星下点经度（）与航天器赤经α的关系为：

（3）

将

（1）代入上式，得到计算空间目标星下点地心经纬度

的公式，即空间目标的星下点轨迹方程为：

（4）

其中为星下点的地理纬度，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，取极大值max。

i=-90时，取极小值min，且有

，

（5）

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；

卫星参数设置

半长轴

偏心率

轨道倾角

升交点赤经

近地点幅角

真近点角

3、比较分析PolarOrbit、Sun-SynchronousOrbit、HEO、GSO、GEO卫星的特点，并给出相应的图示说明。

（1）PolarOrbit（极地轨道）：

（2）Sun-SynchronousOrbit（太阳同步轨道）：

（3）HEO（高地球轨道）：

（4）GSO（地球静止轨道）：

（5）GEO（地球同步轨道）：

（加文字描述各种轨道突出特点）