LEO卫星可见性问题研究

作     者：唐荣富 

作者单位：国防科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：易东云

授予年度：2007年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：LEO卫星 可见性 可视球冠 快速算法 

摘      要：卫星可见性主要包括卫星与地面终端的可见期和可见始末时刻。卫星可见性研究对于卫星系统设计、性能评价、航天任务规划和军事仿真等都具有重要意义。目前的在轨卫星按卫星轨道高度可分为LEO卫星、MEO卫星、GEO卫星、HEO卫星。论文主要对LEO卫星可见性问题进行深入研究并建立可见性快速算法。研究LEO卫星可见性快速算法对于提高仿真效率,特别是在事件驱动和时间步进的实时仿真环境中,具有非常重要的意义。 首先,论文介绍了二体运动的一些基本概念和知识,然后建立了圆轨道LEO卫星对于地面终端的可见性算法——变轨交圆补偿算法(shift orbit intersects circle compensation,SOICC)。在算法设计中,论文提出了“可视球冠的概念来刻画卫星与地面终端的可见性。可视球冠是算法重要的理论基础,对算法的扩展应用也起到十分重要的桥梁作用。算法利用大圆弧近似可视窗口内的星下点轨迹获得可见性结果。仿真结果表明,SOICC算法的可见始末时刻的绝对误差约为0.92秒。 其次,论文建立了椭圆轨道LEO卫星对于地面终端的可见性算法——真近点角迭代补偿算法(true anomaly iteration compensation,TAIC)。TAIC算法是将SOICC算法的主要思想扩展到椭圆轨道情形所建立的算法。TAIC算法的最大优点在于将真近点角而不是时间作为主要处理对象,从而避免了用数值方法求解超越方程:Kepler方程,因此算法计算量非常小。仿真结果表明,TAIC算法的可见始末时刻的绝对误差约为0.79秒。 再次,通过建立合理的模型,论文将TAIC算法扩展应用在LEO卫星观测固定地面点目标问题、中继星与客户星的链接问题等,并给出了相应的仿真结果。对TAIC算法的其他扩展应用也作了相应的讨论。 最后对论文进行了总结,并讨论了进一步的研究方向。