本申请提供了一种卫星轨道获取方法及装置，涉及航天测量与控制技术领域，具体为：选取卫星椭圆轨道的8个轨道控制点，计算地心惯性坐标系下8个轨道控制点的三维坐标；根据地心惯性坐标系下卫星运动方程，以某一时刻卫星的位置与速度矢量作为初值，计算出任一时刻卫星的三维坐标和速度矢量；针对任一卫星，基于任一时刻该卫星的三维坐标和速度矢量，获取该卫星的轨道信息。该方法提高了对在轨卫星跟踪测量的准确性。量的准确性。量的准确性。
【技术实现步骤摘要】
一种卫星轨道获取方法及装置
[0001]本申请涉及航天测量与控制
，尤其是涉及一种卫星轨道获取方法及装置。
技术介绍
[0002]随着空间科学技术的发展，人造地球卫星 在通讯、遥感、全球定位、科学研究等方面扮演着不可替代的角色。对卫星轨道确定、预报和控制计算精度提出了更高的要求。有关地球卫星的各项应用都离不开卫星的精确定位，这依赖于卫星运动理论的研究。
[0003]地球卫星的真实运动非常复杂，其中最主要影响因素是地球的引力，若把地球作为标准球体看待，则可简化为两个质点相互作用的两体问题，这是卫星运动研究的基础。其他的影响因素可以作为摄动项来考虑，比如，考虑地球的非球形引力势、大气阻力、第三体引力、太阳光压等。由于分析方法中力学模型精化所带来的复杂性,仍采用纯分析方法求解卫星运动方程已无法满足要求,于是数值积分方法便成为解决这一问题的主要途径。描述卫星轨道运动的微分方程相当复杂, 除二体问题等少数几种情况外,都不可能给出严格解, 即使在一定条件下设定为受摄二体问题,比如卫星在轨运动,运动方程转化为小参数方程,可以给出相应的小参数幂级数解,但要满足高精度要求,就涉及到幂级数的高阶项,其项数之多,即使具体推导出相应的表达式也难以采用, 甚至有的力学因素无法用简单的分析表达式写出。这就促使求解微分方程的数值方法在卫星轨道力学计算应用中越来越重要根据相关的各项研究，得到以下共识：地球非球形引力是主要的摄动因素，占总摄动量的绝大部分。其它摄动项对低轨卫星来说，考虑大气阻力即可满足大部分应用要求，对高轨卫星来说，还需考虑月球和太阳引力摄动，而太阳光压的摄动影响在数量级上是最小的。
[0004]在地面对在轨卫星进行跟踪测量主要包括无线电外测和光学测量：无线电外测指利用中远程相控阵雷达或精密跟踪雷达等设备发送的无线电信号对卫星进行跟踪测量，以确定其轨道和目标特性等参数。其基本原理是由地面发射机产生无线电信号，通过天线发向目标，地面设备接收目标反射信号或应答机转发信号，经过接收机处理，最终由终端机给出目标距离、角度和距离变化率等测量参数。
[0005]光学测量指利用光学信号对卫星进行飞行轨迹参数测量，以得到激光测距和红外测角。
[0006]现有的方法中，主要是人工解析耗时耗力，准确性差。多任务下难以操作，可靠性差。传统方式操作约束太多。
技术实现思路
[0007]有鉴于此，本申请提供了一种卫星轨道获取方法及装置，以解决上述技术问题，提高了对在轨卫星进行跟踪测量的准确性。
[0008]第一方面，提供了一种卫星轨道获取方法，该方法可以包括：选取卫星椭圆轨道的8个轨道控制点，计算地心惯性坐标系下8个轨道控制点的三
维坐标；根据地心惯性坐标系下卫星运动方程，以某一时刻卫星的位置与速度矢量作为初值，计算出任一时刻卫星的三维坐标和速度矢量；针对任一卫星，基于任一时刻该卫星的三维坐标和速度矢量，获取该卫星的轨道信息。
[0009]在一个可选的实现中，选取卫星椭圆轨道的8个轨道控制点，计算地心惯性坐标系下8个轨道控制点的三维坐标；包括：A、B、C、D 这 4 点是椭圆轨道的分区点，这 4 个点将轨道曲线平均分成了 4 个部分，A、C 分别是卫星轨道近地点和远地点；M、N、P、Q 这 4 点连线为包围轨道的最小矩形；A、B、M 这 3 点连线组成了包围 1/4 椭圆三角形；将 A、B、C、D、M、N、P、Q 这 8 个点叫做轨道控制点；在进行轨道的可见性判断过程中还会增加控制点 L和K；L点过为曲线 AB 上的点 Pm 垂直于 BM 的交点，K 点为过 Pm 垂直于 AM 的交点；在轨道平面坐标系内 L 点的横坐标与 Pm 横坐标相同，纵坐标为 B 点纵坐标。K 点的纵标与 Pm 纵坐标相同，横坐标是与 A 点相同；设椭圆轨道 6 个轨道根数为：长半轴为 a、偏心率为 e、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角、过近地点时刻，由开普勒定律得到在上述轨道坐标系内椭圆轨道方程的两种表示；可得 A、C两点距地心的距离r：由于 B 与 D 点对称；在B点偏近点角为 90
°
带入式即可求出；根据轨道平面坐标向地心惯性坐标转换公式将这 4 点在地心惯性坐标中的坐标求出。
[0010]在一个可选的实现中，根据地心惯性坐标系下卫星运动方程，以某一时刻卫星的位置与速度矢量作为初值，计算出任一时刻卫星的三维坐标和速度矢量；包括：地球非球形引力摄动加速度：卫星在地球重力场中受引力作用，地球引力位函数作为拉普拉斯方程解，其非球形部分为：大气阻力产生的摄动加速度为：
考虑各项摄动后，得到地心惯性坐标系下卫星运动方程为：其中，λ和φ分别为地心经度和纬度；a
e
为地球赤道平均半径；为归一化的伴随勒让德多项式；和为地球引力位系数；ｎ和ｍ分别为多项式的阶和次，Ｎ为ｎ的最高阶；M
S
为卫星质量，为卫星本身的大气阻力摄动加速度；为卫星的太阳能帆板的大气阻力摄动加速度；为大气阻力系数；ρ为大气密度；为卫星运行速度；A/M为卫星参考面积与质量之比；为太阳能帆板的大气阻力系数；为太阳能帆板面积；φ为太阳帆板法向与卫星相对于大气速度方向的夹角卫星受月亮和太阳引力产生的加速度为：其中，；为月亮（太阳）位置矢量；ｒ为卫星（太阳或月亮）位置矢量；Ｓ和Ｌ分别指太阳和月亮；Ｇ为万有引力常数，；Me为地球总质量，；为地球引力加速度，是卫星运动的主要加速度；为摄动力加速度；以某一时刻已知卫星的位置与速度矢量作为初值，利用龙格库塔或阿当姆斯方法进行数值积分，即可逐步求得任一时刻卫星的坐标与速度矢量。
[0011]在一个可选的实现中，所述方法还包括：基于获取的卫星轨道信息、卫星资源匹配信息、波束覆盖信息，对卫星的载荷能力进行筛选，得到候选执行任务的卫星；采用预设的任务规划算法，对所述候选执行任务的卫星进行规划任务，以完成多卫星的协同任务。
[0012]第二方面，提供了一种卫星轨道获取装置，该装置可以包括：选取单元，用于选取卫星椭圆轨道的8个轨道控制点；计算单元，用于计算地心惯性坐标系下8个轨道控制点的三维坐标；以及，根据地心惯性坐标系下卫星运动方程，以某一时刻卫星的位置与速度矢量作为初值，计算出任一时刻卫星的三维坐标和速度矢量；获取单元，用于针对任一卫星，基于任一时刻该卫星的三维坐标和速度矢量，获取该卫星的轨道信息。
[0013]第三方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述第一方面中任一所述的方法步骤。
[0014]第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一所述的方法步骤。
[0015]本申请实施例提供的卫星轨道获取方法在选取卫星椭圆轨道的8个轨道控制点后，计算地心惯性坐标系下8个轨道控制点的三维坐标；根据地心惯性本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种卫星轨道获取方法，其特征在于，包括：选取卫星椭圆轨道的8个轨道控制点，计算地心惯性坐标系下8个轨道控制点的三维坐标；根据地心惯性坐标系下卫星运动方程，以某一时刻卫星的位置与速度矢量作为初值，计算出任一时刻卫星的三维坐标和速度矢量；针对任一卫星，基于任一时刻该卫星的三维坐标和速度矢量，获取该卫星的轨道信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选取卫星椭圆轨道的8个轨道控制点，计算地心惯性坐标系下8个轨道控制点的三维坐标；包括：A、B、C、D 这 4 点是椭圆轨道的分区点，这 4 个点将轨道曲线平均分成了 4 个部分，A、C 分别是卫星轨道近地点和远地点；M、N、P、Q 这 4 点连线为包围轨道的最小矩形；A、B、M 这 3 点连线组成了包围 1/4 椭圆三角形；将 A、B、C、D、M、N、P、Q 这 8 个点叫做轨道控制点；在进行轨道的可见性判断过程中还会增加控制点 L和K；L点过为曲线 AB 上的点 Pm 垂直于 BM 的交点，K 点为过 Pm 垂直于 AM 的交点；在轨道平面坐标系内 L 点的横坐标与 Pm 横坐标相同，纵坐标为 B 点纵坐标；K 点的纵标与 Pm 纵坐标相同，横坐标是与 A 点相同；设椭圆轨道 6 个轨道根数为：长半轴为 a、偏心率为 e、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角、过近地点时刻，由开普勒定律得到在上述轨道坐标系内椭圆轨道方程的两种表示；可得 A、C两点距地心的距离r：由于 B 与 D 点对称；在B点偏近点角为 90
°
带入式即可求出；根据轨道平面坐标向地心惯性坐标转换公式将这 4 点在地心惯性坐标中的坐标求出。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据地心惯性坐标系下卫星运动方程，以某一时刻卫星的位置与速度矢量作为初值，计算出任一时刻卫星的三维坐标和速度矢量；包括：地球非球形引力摄动加速度：卫星在地球重力场中受引力作用，地球引力位函数作为拉普拉斯方程解，其非球形部分为：大气阻力产生的摄动加速度为：
考虑各项摄动后，得到地心惯性坐标系下卫星运动方程为：其中，λ和φ分别为地心经度和纬度；a
e
为地球赤...
【专利技术属性】
技术研发人员：亢瑞卿，任利春，李达，王硕，亢志邦，
申请(专利权)人：北京开运联合信息技术集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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