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卫星和飞船的跟踪测控研讨

宣布日期:2017-05-05 16:45    阅读次数:次

王玉梅
(荷泽学院数学系,山东荷泽274015)
择要:对卫星和飞船的测控研讨,操纵数学建模的方式和全程测控模子,从卫星低轨道和地球运动轨道两个方面给出了卫星或飞船的整年呈测控所需起码站点的个数.经由进程查验得出此模子的缺乏的地方,并对其停止了改良和推行.
关头词:测控;呈下点轨迹;低轨道
中图分类号:V476.1 文献标识码:A 文章编号:1∞8-8423(2011)01-0067-03
1 标题标题题目的提出与阐发
1. 1 标题标题题目提出
卫星和飞船在公民经济和国防扶植中有侧首要的感化,对它们的发射和运转进程停止测控是航天体系的一个首要构成局部,抱负的状况是对卫星和飞船(出格是载人飞船)停止全程跟踪测控.测控装备只能观察到地址点切立体以上的空域,且在与地立体夹角3 度的规模内测控成果不好,现实上每一个测控站的测控规模只斟酌与地立体夹角3 度以上的空撞需窗雕精华蜡蜡幢幢唾警髓糟糟糟萌熟睡域.在一个卫星或飞船的发射与运转进程中,常常有多个测控站结合实现测控使命,如神州七号飞船发射和运转进程中测控站的散布如图1 [1]所示.
操纵模子阐发卫星或飞船的测控环境,请阐发标题标题题目:在一切测控站都与卫星或飞船的运转轨道共面的环境下最少应当成立几多个测控站能力对其停止全程跟踪测控?
1. 2 标题标题题目的阐发
本题首要是经由进程成立卫星全程测控模子,处理对卫星或z飞船运转轨道的全程跟踪测控最少所需的测控站点个数标题标题题目.由标题标题题目所给信息阐发得出,只要所成立的测控站点知足卫星或飞船在低轨道[2) 的运转环境,它就必知足在中、高轨道的运转环境.
对该标题标题题目,将地球及卫星或飞船的运转轨道抱负化.因为低轨道的运转规模是在离空中200km 到400km 之间,在一切测控站都与卫星或飞船的运转轨道共面的环境下,按照所给的信息,别离计较出卫星或飞船在200km 与4∞ km 所需设立的测控站点数,以此计较出在一切测控站点都与卫星或飞船的运转轨道共面的环境下最少应成立的测控站点数量

2.1 模子假定
1) 发射地址的降水、空中风速小于8 m/s、程度能见度大于20km;
2) 发射前8h 至发射后1 h ,场区30km 至40km 规模内无雷电勾当;
3) 发射所颠末空域3km 至18 km 空中最微风速小于70 m/ s ,另外发射前后9h 不能有雷电;
4) 卫星或飞船的运转轨道和地球都假定为抱负的圆形;
5) 卫星或飞船的运转轨道都是以地心为中间.
2.2 标记申明
R: 地球半径(km)
H: 卫星或飞船距空中的高度(km)
α: 测控装备与地立体的夹角(α=3 0 )
2β:一个测控站观察卫星规模的弧长所对的圆心角
X:X=AC ( 如图2)
n: 测控站的站点数
Ð:卫星或飞船的运转轨道与地球赤道立体的牢固夹角
r1 : 北纬22.5 0处与赤道面平行的圆面的半径
n 1 : 北纬22.5 。地方须要的测控站点数量
n2 : 北纬45 。地方须要的测控站点数量
n3:北纬67.5 。地方须要的测控站点数量
n4 : 北级顶点地方须要的测控站点数量
no: 北半球统共须要的测控站点数量
V 1 : 卫星运转速率
V2 : 地球自转速率
d: 测控站点所能测控规模的直径(图五CD 长度)
t: 使运转规模获得最大测控的时候
w:在星下点轨迹[3) 中两相邻测控站点所对应地心的圆心角
Sl: 一个测控站点所能测出的卫星或飞船的运转轨道面积
2.3 模子成立
2.3.1 卫星低轨道在一切测控站都与卫星或飞船的运转轨道共面的环境下,只要斟酌低轨道运转的环境,因为在卫星发射的进程中只要低轨道阶段在测控规模内,那末残剩的两个阶段天然会在测控规模当中,这是因为,高度越高被统一测控站测控到的规模越大[4) 基于低轨道的运转规模在离空中200km 到400km 之间,按照标题标题题目所述:测控装备只能观察到地址点切立体以上且与地立体夹角3 度以上的范畴,依此成立卫星全程测控模子,以地心为圆心,以R+h 为半径做与地球齐心的一个圆,视为卫星低轨道运转的轨道,如图2.
那末会有:
cos(90° +α) = [R² + X²- (R + H) ² ] /2 * R * X                                       (1)
cosβ= [R² + (R + H) ² - X²] /2 *R*(R+H)                                               (2)

n = 360°/(2 *β)                                                                                     (3)
由式(1)、(2) 和式(3) ,并经由进程Maùab 法式计较获得:
当R=6400 km , H=200 km 时:
n ≈16
当R=6400 km ,H=400 km 时:
n ≈11
这也便是说,当卫星距空中400km 时最少要有11 个测控点能力够对其停止全程跟踪测试;当卫星距空中200km 时最少要有16 个测控点能力实现对卫星的全程跟踪测控.以是说,在一切测控站点都与卫星或飞船的运转轨道共面的环境下最少应成立16 个测控站能力对其停止全程跟踪测控.
2.3.2 地球运动轨道此种环境是指:当卫星在高度为35786 km 的赤道上空自西向东运转时,环绕地球一周的时候刚好为23 小时56 分4 秒,即与地球自转一周的时候不异,这便是所谓的地球运动轨道[5] 当卫星在此轨道上运转时,只须要一个测控站点就能够或许实现对其全程跟踪测控的目标.
3 模子的查验与推行
3.1 模子的评估
1)本模子根基合适标题标题题目的请求,能够或许较好地反应现实环境.
2) 能够或许将所述标题标题题目的模子推行到卫星挪动通讯体系[6] 中,使其与空中通讯毗连到达更好的成果,从而扩展其办事规模.
3) 对所述标题标题题目的模子,可将其推行利用到别的卫星或飞船,以增进国度航天奇迹的成长.
4) 模子所求测控站点数量是把一切测控站点看作牢固不动来求得的,对海上测控船来讲它是能够或许挪动的,是以模子所求成果存在必然偏差是能够或许懂得的.
3.2 模子的改良标的目的
一方面,若是测控站点得以挪动,那末能够或许削减对卫星或飞船成立全程测控站点时的投资,节流国度资本.另外一方面,因为模子是在抱负状况上去成立的,故所求的全程测控站点数为一类似值,在现实操纵中,可按照详细环境恰当的增添或删减响应的测控站点数量.

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