微小卫星轨道工程应用与STK仿真

本书为卫星轨道设计相关专著，突出理论知识的工程应用，根据作者科研团队多年航天工作经验，从工程实用的角度系统总结了航天任务中常用的轨道知识、设计方法、控制策略及STK软件辅助仿真设计的使用细节，并给出大量航天任务实例。本书主要内容包括时间系统、空间系统、卫星绝对轨道运动、星上自主轨道改进与预报、常用轨道类型、轨道设计的工程方法、相对轨道控制相关内容，以及STK软件在仿真应用中的大量实例。
本书适合参与航天工程总体设计、轨道设计、导航制导与控制的科研人员，航天器轨道动力学和运动学专业的在读研究生阅读使用。另外，对工程思维方式感兴趣的读者也有很好的参考价值。

前言
第1章时间系统1
1.1如何定义时间1
1.2天文基本概念3
1.3世界时系统4
1.3.1恒星时4
1.3.2太阳时4
1.3.3恒星时和平时之间的转换6
1.3.4地方时、世界时和区时6
1.4历书时8
1.5原子时8
1.6力学时9
1.7时间系统小结10
1.8年、历元以及儒略日12
1.8.1年的长度12
1.8.2历元13
1.8.3儒略日与简约儒略日13
1.9星上时间系统13
1.10STK软件的时间系统14
第2章空间系统16
2.1大地测量相关坐标系16
2.1.1天文坐标系16
2.1.2大地椭球坐标系17
2.1.3地心直角坐标系18
2.2岁差、章动与极移20
2.2.1岁差和章动的物理解释20
2.2.2岁差和章动的计算过程22
2.2.3极移物理解释及其量级23
2.2.4极移与岁差章动的区别24
2.2.5STK软件内的岁差、章动、极移24
2.3坐标系的转换关系26
2.3.1历元平赤道地心系与瞬时平赤道地心系的转换27
2.3.2瞬时平赤道地心系与瞬时真赤道地心系的转换27
2.3.3瞬时真赤道地心系与瞬时地固坐标系的转换27
2.3.4瞬时地固坐标系与地固坐标系的转换28
2.3.5轨道坐标系与历元平赤道地心系、地固坐标系之间的转换28
2.3.6STK软件内的坐标系统30
2.4工程应用实例31
2.4.1常用绝对轨道坐标系31
2.4.2格林尼治恒星时角32
2.4.3惯性与非惯性系转换34
2.4.4理论轨道中的地球自转角36
2.4.5发惯系到J2000系转换36
第3章绝对轨道运动45
3.1二体运动45
3.1.1面积积分45
3.1.2轨道积分47
3.1.3活力积分50
3.2轨道根数51
3.2.1轨道根数基本定义51
3.2.2瞬时根数与平根数57
3.2.3TLE两行根数60
3.3轨道摄动分析63
3.3.1地球非球形引力63
3.3.2大气阻力67
3.3.3日月引力68
3.3.4潮汐摄动69
3.3.5太阳光压70
3.3.6摄动小结71
3.4根数摄动解71
3.5STK的轨道外推模型74
3.5.1轨道外推模型介绍74
3.5.2HPOP/Maneuver模块79
第4章星上轨道预报82
4.1注入轨道平根数预报82
4.1.1注入轨道格式82
4.1.2外推方案简化设计83
4.1.3仿真与在轨测试结果88
4.2星上GPS定位轨道预报94
4.2.1分析方法轨道预报94
4.2.2数值方法轨道预报101
4.3定轨和外推误差的分析114
4.3.1理论分析114
4.3.2实测数据分析116
第5章常见轨道类型121
5.1地球静止轨道121
5.1.1基本定义121
5.1.2轨道根数受到的摄动影响122
5.1.3轨道根数偏差对星下点轨迹影响129
5.1.4位置保持136
5.2太阳同步轨道139
5.2.1基本定义139
5.2.2降交点地方时的漂移和修正142
5.3回归轨道144
5.3.1基本定义144
5.3.2回归轨道的衰减和保持146
5.4卫星星座151
5.4.1基本定义151
5.4.2覆盖性能152
5.4.3基本星座介绍157
5.4.4STK中的相关参数160
第6章卫星轨道设计182
6.1轨道设计思路182
6.1.1一般方法182
6.1.2单星183
6.1.3星座184
6.2轨道设计实例186
6.2.1对地观测卫星轨道设计186
6.2.2地磁场测量卫星轨道设计195
6.2.3SAR卫星轨道设计206
第7章相对轨道运动229
7.1相对轨道坐标系229
7.2基于运动学的相对运动方程231
7.2.1参考航天器为圆轨道232
7.2.2参考航天器为椭圆轨道236
7.3基于动力学的相对运动方程237
7.3.1参考航天器为圆轨道239
7.3.2参考航天器为椭圆轨道243
7.4相对运动与绝对运动的关系243
7.4.1相对与绝对物理参数对应关系243
7.4.2相对运动与绝对运动仿真分析245
7.4.3初始相对状态对轨道的影响247
7.4.4导航和控制误差对轨道的影响254
7.5相距较远两航天器的相对运动262
7.5.1相距较远两航天器CW方程误差分析262
7.5.2相距较远两航天器相对运动模型修正266
第8章编队构型设计与控制274
8.1常用编队构型274
8.2编队构型设计276
8.3编队构型控制278
8.3.1椭圆中心径向位置279
8.3.2椭圆中心横向位置279
8.3.3相对运动椭圆短半轴280
8.3.4相对运动椭圆相位290
8.3.5多目标耦合控制优先级304
第9章编队构型控制工程实例308
9.1任务简介308
9.2任务分析310
9.2.1远距接近任务目标311
9.2.2虚拟伴飞任务目标314
9.2.3构型平移任务目标315
9.2.4构型保持任务目标316
9.3控制过程316
9.3.1远距接近控制策略316
9.3.2虚拟伴飞控制策略318
9.3.3构型平移控制策略329
9.3.4构型保持控制策略334
参考文献338
附录A缩略语340
附录B天文常数341
附录C格林尼治恒星时的推导过程342
附录D三阶正交矩阵的分配律345
D.1定义和基本性质345
D.2三阶正交矩阵的分配律346
附录E相对运动椭圆中上下点的寻找方法348
E.1原理介绍348
E.2仿真结果350
附录FSAR卫星采用的2018年大气模型参数353
附录G回归轨道设计结果355
附录H回归轨道与覆盖性360
彩图365