卫星轨道-PPT完整版.ppt

范.艾伦辐射带(VanAllenRadiationBelt)：范.艾伦辐射带是美国的詹姆斯.范.艾伦博士于1959年发现的围绕地球的高能粒子辐射带，共内外两层。其中，内范.艾伦带主要包含质子和电子混合物；外范.艾伦带主要包含电子。范.艾伦带的辐射强度与时间、地理位置、地磁和太阳的活动有关。通常认为，内、外范.艾伦带中带电粒子的浓度分别在距地面3700km和18500km附近达到最大值。图7范.艾伦带示意图1500km-5000km，以3700km为中心13000km-20000km，以18500km为中心4、按卫星轨道的重复特性分类卫星的星下点：卫星瞬时位置和地球中心的连线与地球表面的交点。回归/准回归轨道：将卫星星下点轨迹在M个恒星日，围绕地球旋转N圈后重复的轨道称为回归/准回归轨道。M和N都是整数。如果M=1，称为回归轨道，其轨道周期为1/N个恒星日；如果M1，称为准回归轨道，其轨道周期为M/N个恒星日。非回归轨道：卫星的星下点轨迹不周期性重迭的轨道。卫星星下点图8星下点轨迹回归/准回归轨道的周期：

式中，Te为一个恒星日。

2.2卫星的定位2.2.1卫星在轨道面内的定位1、圆轨道：通常以升交点代替近地点作为面内相位参考点。由于卫星以近似恒定的速度Vs飞行，因此瞬时卫星与升交点间的夹角为：2、椭圆轨道：由于卫星的在轨飞行速度是时变的，因此确定卫星在轨道内的位置的方法相对复杂。偏心近点角真近点角根据开普勒第二定律，可推导偏心近点角E与平均近点角M之间满足如下关系：式（2-15）通常称为开普勒方程。可通过如下方程计算瞬时卫星到地心的距离r：使用数值方法计算出瞬时的偏心近点角E后，可以通过高斯方程计算真近点角θ至此，在已知初始平均近点角M0（或过近地点时间tp），偏心率e，半长轴a的情况下，确定t时刻卫星在椭圆轨道面内的瞬时位置，即真近点角θ的计算流程为：①根据式（2-10）计算轨道周期T，进而计算平均轨道速率；②计算平均近点角；③通过开普勒方程式（2-15）计算偏心近点角E；通过高斯方程式（2-18）计算卫星的瞬时真近点角θ。2.2卫星的定位2.2.2卫星对地球的定位——星下点轨迹1、星下点：指卫星-地心连线与地球表面的交点。2、星下点轨迹：星下点随时间在地球表面上的变化路径。假定0时刻，卫星经过升交点，则卫星在任意时刻t（t0）的星下点经度和纬度由以下方程组确定。【沿椭圆轨道运行的卫星在某一圈运行的星下点轨迹（定义该圈运行通过升交点的时刻作为度量零点）】其中， 是卫星星下点的地理经度，单位是度； 是卫星星下点的地理纬度，单位是度； 是升交点的经度，单位是度；i是轨道倾角，单位是度； 是t时刻卫星与升交点之间的角距（从升交点开始度量，顺行方向取正值，逆行方向取负值）；t是飞行时间，单位为秒； 是地球自转角速度，单位为度/秒；?号分别用于顺行和逆行轨道。卫星星下点轨迹举例： ?一颗轨道高度为13892km，轨道倾角60o，初始位置（0oE，0oN）的卫星24小时的星下点轨迹如下图所示。圆轨道卫星星下点轨迹图2.3卫星覆盖特性计算圆轨道单颗卫星对地覆盖的几何关系如图2-10所示。Eθα例2卫星和观察点间的地心角：①式②式观察点的仰角：卫星的半视角：①式②式另外，三者还满足：星地距离：卫星覆盖区面积：卫星覆盖区半径：因为电磁波在自由空间的传播速率是光速星地传播时延：卫星在地球上覆盖的弧长：用户可以通信的轨道弧长：用户可以通信的最长时间：这里卫星的运动速度V由式（2-9）确定。更多时候，观察点和卫星的地理位置使用经纬度坐标的形式给出。以(λu,φu)表示观察点的瞬时经纬度，以(λs,φs)表示卫星的瞬时经纬度，则两者所夹的地心角可由式（2-28）确定：一般情况下，观察点的最小仰角Emin是系统的一个给定指标。根据Emin和卫星轨道高度h即可计算卫星的最大覆盖地心角、最小星下点视角和最大星地传输距离，从而确定卫星的瞬时覆盖区的直径和面积、覆盖区内不同地点的卫星天线辐