基于Scilab和Xcos的在轨服务对象轨道外推研究
发布时间：2021-05-24 04:38
在轨服务对象（如卫星、空间站）轨道外推仿真计算对快速了解空间状况和新航天发射任务完成有重要意义。本文对轨道外推算法模型进行了研究,使用Scilab/Xcos为轨道外推算法模型设计了仿真系统,实现了轨道外推模型仿真计算功能,主要研究工作如下:（1）在轨服务对象轨道外推基本理论分析。研究航天系统时间表示方法、空间坐标系表示方法及转换、空间物体位置描述方法和空间环境影响因素。（2）在轨服务对象轨道外推计算模型分析与研究。分析和研究解析法中开普勒Kepler模型、J2模型、NORAD模型和数值法的计算方法并建立数学模型。（3）在轨服务对象轨道外推仿真研究。采用Sdlab/Xcos仿真软件将解析法的开普勒Kepler模型、J2模型、NORAD模型和数值法中的HPOP模型封装成模块并集成为Xcos工具箱。搭建四种轨道外推模型的仿真工程。基于上述研究,完成了Scilab/Xcos平台下的轨道外推仿真系统设计。本文对系统中的四种轨道外推模型进行外推仿真,将仿真结果与STK软件同条件下的轨道外推结果进行对比分析,证明了本文研究的轨道外推模型计算精度符合标准;对NORAD中的SGP4模型进行批量外推,将轨...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 论文研究背景
1.2 国内外研究现状
1.3 本文研究目的
1.4 理论意义和实际应用价值
1.5 全文内容安排
第2章 在轨服务对象轨道计算理论基础
2.1 时间表示及转换
2.1.1 世界时
2.1.2 儒略日
2.1.3 时间转换关系
2.2 空间坐标系及转换
2.2.1 地心赤道惯性坐标系
2.2.2 地心赤道旋转坐标系
2.2.3 在轨服务对象本体坐标系
2.2.4 坐标系旋转及坐标变换
2.2.5 惯性坐标系到轨道坐标系的转换
2.3 空间物体位置描述
2.3.1 轨道六要素
2.3.2 在轨服务对象位置描述
2.4 空间环境影响因素
2.4.1 地球引力场
2.4.2 大气阻力
2.4.3 太阳引力场
2.4.4 月球引力场
2.4.5 太阳光压
2.5 本章小结
第3章 在轨服务对象轨道外推计算模型
3.1 解析法轨道计算模型
3.1.1 标称Kepler轨道计算模型
3.1.2 考虑J2项的轨道计算模型
3.1.3 NORAD两行轨道要素轨道计算模型
3.2 数值法轨道计算模型
3.2.1 在轨服务对象运动微分方程
3.2.2 Cowell法
3.2.3 Encke法
3.3 本章小结
第4章 Scilab/Xcos轨道外推仿真系统
4.1 仿真前的准备
4.1.1 轨道外推在STK仿真
4.1.2 Kepler模型的仿真初始条件
4.1.3 J2模型的仿真初始条件
4.1.4 SGP4模型的仿真初值条件
4.1.5 数值法模型的仿真初值条件
4.2 标称Kepler轨道模型外推仿真
4.2.1 低轨环境下的外推
4.2.2 中轨环境下的外推
4.2.3 高轨环境下的外推
4.3 Secular-J2轨道模型外推仿真
4.3.1 低轨环境下的外推
4.3.2 中轨环境下的外推
4.3.3 高轨环境下的外推
4.4 SGP4轨道模型外推仿真
4.4.1 低轨环境下的外推
4.4.2 中轨环境下的外推
4.4.3 高轨环境下的外推
4.5 数值法轨道模型外推仿真
4.5.1 低轨环境下的外推
4.5.2 中轨环境下的外推
4.5.3 高轨环境下的外推
4.6 本章小结
第5章 在轨服务对象轨道外推仿真应用
5.1 基于SGP4模型的轨道批量外推
5.1.1 SGP4轨道批量外推总流程
5.1.2 HBase写模块
5.1.3 SGP4轨道批量外推仿真
5.2 可视化仿真系统
5.2.1 OSG的轨道空间场景仿真可视化
5.2.2 数据驱动卫星飞行
5.3 本章小结
第6章 研究总结与展望
6.1 研究总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]北斗卫星轨道预报模型的选取及精度分析[J]. 王文利,何丽娜,黄张裕. 勘察科学技术. 2018(02)
[2]基于X射线脉冲星导航试验卫星观测数据的到达时间估计[J]. 林晴晴,帅平,黄良伟,张新源,陈绍龙,吴耀军,贝晓敏,蒙静,陈强,张倩,张恒彬. 中国空间科学技术. 2018(01)
[3]基于轨道根数的低轨卫星轨道预测算法[J]. 李丹,于洋. 光学精密工程. 2016(10)
[4]轨道坐标系到地心固定坐标系的直接转换方法[J]. 窦长勇,岳昔娟. 航天返回与遥感. 2016(05)
[5]卫星轨道外推算法实现[J]. 刘成,王勇勇,朱淑珍,余金培,梁广. 电子设计工程. 2016(17)
[6]国外载人航天在轨服务技术发展现状和趋势分析[J]. 郭筱曦. 国际太空. 2016(07)
[7]神经网络在北斗导航卫星轨道预报中的应用[J]. 李晓杰,郭睿,黄金,朱陵凤,谭红力,董恩强. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(09)
[8]利用OSG三维图形渲染引擎实现的骨骼动画[J]. 段辉丽,唐丽玉. 计算机工程与应用. 2015(03)
[9]High-precision orbit prediction and error control techniques for COMPASS navigation satellite[J]. Xiaojie Li,Jianhua Zhou,Rui Guo. Chinese Science Bulletin. 2014(23)
[10]近空间飞行器远距离滑翔制导方法与可视化仿真[J]. 王萍. 航天控制. 2014(02)
博士论文
[1]探测地球重力场的卫星重力梯度指标研究与分析[D]. 周晓青.武汉大学 2016
[2]北斗卫星导航系统精密轨道确定方法研究[D]. 刘伟平.解放军信息工程大学 2014
[3]微小卫星编队飞行轨道姿态协同控制技术研究[D]. 冯成涛.南京航空航天大学 2013
[4]基于天基测角信息的空间非合作目标跟踪算法及相关技术研究[D]. 刘光明.国防科学技术大学 2011
[5]基于连续小推力的航天器轨道设计与控制方法研究[D]. 王功波.国防科学技术大学 2011
[6]重力梯度辅助导航定位技术研究[D]. 刘凤鸣.哈尔滨工程大学 2010
[7]航天器姿态半物理仿真原理及其试验方法研究[D]. 贾杰.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]基于osgEarth的卫星轨道外推数据可视化仿真系统研究[D]. 闫大洲.中北大学 2018
[2]基于瞬时根数的卫星轨道预报计算方法研究及应用[D]. 孟祥强.中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所) 2017
[3]低轨空间目标轨道预报的精度改进及应用[D]. 苍中亚.南京信息工程大学 2016
[4]基于TS模糊理论的微小型航天器群的协同控制研究[D]. 张业鑫.南京航空航天大学 2016
[5]脉冲推力轨道机动可达性方法研究[D]. 李彬.国防科学技术大学 2015
[6]近地空间目标高精度轨道预报算法研究[D]. 张大力.哈尔滨工业大学 2015
[7]基于四元数的航天器轨道动力学建模与控制[D]. 张浩成.哈尔滨工业大学 2014
[8]基于任务控制序列的航天器任务分析系统研制[D]. 孙务博.电子科技大学 2014
[9]导航卫星轨道控制方法研究[D]. 彭成龙.国防科学技术大学 2013
[10]基于历史轨道数据的空间事件分析[D]. 郝嘉.国防科学技术大学 2012
本文编号：3203567
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 论文研究背景
1.2 国内外研究现状
1.3 本文研究目的
1.4 理论意义和实际应用价值
1.5 全文内容安排
第2章 在轨服务对象轨道计算理论基础
2.1 时间表示及转换
2.1.1 世界时
2.1.2 儒略日
2.1.3 时间转换关系
2.2 空间坐标系及转换
2.2.1 地心赤道惯性坐标系
2.2.2 地心赤道旋转坐标系
2.2.3 在轨服务对象本体坐标系
2.2.4 坐标系旋转及坐标变换
2.2.5 惯性坐标系到轨道坐标系的转换
2.3 空间物体位置描述
2.3.1 轨道六要素
2.3.2 在轨服务对象位置描述
2.4 空间环境影响因素
2.4.1 地球引力场
2.4.2 大气阻力
2.4.3 太阳引力场
2.4.4 月球引力场
2.4.5 太阳光压
2.5 本章小结
第3章 在轨服务对象轨道外推计算模型
3.1 解析法轨道计算模型
3.1.1 标称Kepler轨道计算模型
3.1.2 考虑J2项的轨道计算模型
3.1.3 NORAD两行轨道要素轨道计算模型
3.2 数值法轨道计算模型
3.2.1 在轨服务对象运动微分方程
3.2.2 Cowell法
3.2.3 Encke法
3.3 本章小结
第4章 Scilab/Xcos轨道外推仿真系统
4.1 仿真前的准备
4.1.1 轨道外推在STK仿真
4.1.2 Kepler模型的仿真初始条件
4.1.3 J2模型的仿真初始条件
4.1.4 SGP4模型的仿真初值条件
4.1.5 数值法模型的仿真初值条件
4.2 标称Kepler轨道模型外推仿真
4.2.1 低轨环境下的外推
4.2.2 中轨环境下的外推
4.2.3 高轨环境下的外推
4.3 Secular-J2轨道模型外推仿真
4.3.1 低轨环境下的外推
4.3.2 中轨环境下的外推
4.3.3 高轨环境下的外推
4.4 SGP4轨道模型外推仿真
4.4.1 低轨环境下的外推
4.4.2 中轨环境下的外推
4.4.3 高轨环境下的外推
4.5 数值法轨道模型外推仿真
4.5.1 低轨环境下的外推
4.5.2 中轨环境下的外推
4.5.3 高轨环境下的外推
4.6 本章小结
第5章 在轨服务对象轨道外推仿真应用
5.1 基于SGP4模型的轨道批量外推
5.1.1 SGP4轨道批量外推总流程
5.1.2 HBase写模块
5.1.3 SGP4轨道批量外推仿真
5.2 可视化仿真系统
5.2.1 OSG的轨道空间场景仿真可视化
5.2.2 数据驱动卫星飞行
5.3 本章小结
第6章 研究总结与展望
6.1 研究总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]北斗卫星轨道预报模型的选取及精度分析[J]. 王文利,何丽娜,黄张裕. 勘察科学技术. 2018(02)
[2]基于X射线脉冲星导航试验卫星观测数据的到达时间估计[J]. 林晴晴,帅平,黄良伟,张新源,陈绍龙,吴耀军,贝晓敏,蒙静,陈强,张倩,张恒彬. 中国空间科学技术. 2018(01)
[3]基于轨道根数的低轨卫星轨道预测算法[J]. 李丹,于洋. 光学精密工程. 2016(10)
[4]轨道坐标系到地心固定坐标系的直接转换方法[J]. 窦长勇,岳昔娟. 航天返回与遥感. 2016(05)
[5]卫星轨道外推算法实现[J]. 刘成,王勇勇,朱淑珍,余金培,梁广. 电子设计工程. 2016(17)
[6]国外载人航天在轨服务技术发展现状和趋势分析[J]. 郭筱曦. 国际太空. 2016(07)
[7]神经网络在北斗导航卫星轨道预报中的应用[J]. 李晓杰,郭睿,黄金,朱陵凤,谭红力,董恩强. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(09)
[8]利用OSG三维图形渲染引擎实现的骨骼动画[J]. 段辉丽,唐丽玉. 计算机工程与应用. 2015(03)
[9]High-precision orbit prediction and error control techniques for COMPASS navigation satellite[J]. Xiaojie Li,Jianhua Zhou,Rui Guo. Chinese Science Bulletin. 2014(23)
[10]近空间飞行器远距离滑翔制导方法与可视化仿真[J]. 王萍. 航天控制. 2014(02)
博士论文
[1]探测地球重力场的卫星重力梯度指标研究与分析[D]. 周晓青.武汉大学 2016
[2]北斗卫星导航系统精密轨道确定方法研究[D]. 刘伟平.解放军信息工程大学 2014
[3]微小卫星编队飞行轨道姿态协同控制技术研究[D]. 冯成涛.南京航空航天大学 2013
[4]基于天基测角信息的空间非合作目标跟踪算法及相关技术研究[D]. 刘光明.国防科学技术大学 2011
[5]基于连续小推力的航天器轨道设计与控制方法研究[D]. 王功波.国防科学技术大学 2011
[6]重力梯度辅助导航定位技术研究[D]. 刘凤鸣.哈尔滨工程大学 2010
[7]航天器姿态半物理仿真原理及其试验方法研究[D]. 贾杰.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]基于osgEarth的卫星轨道外推数据可视化仿真系统研究[D]. 闫大洲.中北大学 2018
[2]基于瞬时根数的卫星轨道预报计算方法研究及应用[D]. 孟祥强.中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所) 2017
[3]低轨空间目标轨道预报的精度改进及应用[D]. 苍中亚.南京信息工程大学 2016
[4]基于TS模糊理论的微小型航天器群的协同控制研究[D]. 张业鑫.南京航空航天大学 2016
[5]脉冲推力轨道机动可达性方法研究[D]. 李彬.国防科学技术大学 2015
[6]近地空间目标高精度轨道预报算法研究[D]. 张大力.哈尔滨工业大学 2015
[7]基于四元数的航天器轨道动力学建模与控制[D]. 张浩成.哈尔滨工业大学 2014
[8]基于任务控制序列的航天器任务分析系统研制[D]. 孙务博.电子科技大学 2014
[9]导航卫星轨道控制方法研究[D]. 彭成龙.国防科学技术大学 2013
[10]基于历史轨道数据的空间事件分析[D]. 郝嘉.国防科学技术大学 2012
本文编号：3203567
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