專利名稱：一種繞火星探測器的星上快速高精度確定方法
技術領域：
本發(fā)明屬于火星探測器軌道星上高精度外推算法，具體涉及用于火星探測器星上 高精度軌道外推，實時預報探測器的軌道和相對火星的位置、速度。
背景技術：
火星探測是繼探月計劃后我國航天事業(yè)又一里程碑?；鹦翘綔y器近火點制動和環(huán) 火段高精度姿態(tài)確定都需要高精度的實時軌道信息，因此火星探測器星上高精度軌道外推 算法是火星探測器必備的功能。雖然國外已有火星探測器的先例，由于技術保密原因，需要 研制出一套適用火星探測器的高精度軌道外推算法，為火星探測計劃提供技術支持滿足了 工程實踐的任務要求。對于環(huán)繞地球運行人造衛(wèi)星，其軌道特性研究較為深入，經(jīng)過上天的型號驗證，且 地球衛(wèi)星的軌道動力學模型參考文獻較多。對于火星探測器軌道特性則截然不同則很少有 相關文獻記載，因此建立火星探測器星上高精度軌道外推算法，只能在地球衛(wèi)星的動力學 模型基礎上，逐步建立一套算法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種繞火星探測器的星上快速高精度確定方法，它能夠適合 火星探測器星上快速高精度軌道外推算法，實時預報探測器的軌道和相對火星的位置、速 度，滿足探測器近火點制動和環(huán)火段高精度姿態(tài)確定的要求。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種繞火星探測器的星上快速高精度確定方法，它主要包 括以下步驟，(1)建立坐標系統(tǒng)；(2)明確各坐標系的轉(zhuǎn)換關系；(3)計算攝動力；(4)在火星J2000慣性系下對軌道動力學模型積分，求得t時刻的軌道。所述的步驟(1)包括 1)地球J2000. 0慣性坐標系(Seci)坐標原點位于地球的質(zhì)心，參考平面為J2000的平赤道面，X軸由地心指向J2000 的平春分點，Z軸垂直于參考平面，通過地球的質(zhì)心指向北極方向，Y軸與X、Z軸構成右手 系，2)火星J2000. 0慣性坐標系(Smci)將地球J2000慣性坐標系的坐標原點平移到火星的質(zhì)心所得到的坐標系為火星 J2000慣性坐標系。火星J2000慣性坐標系與地球J2000慣性坐標系唯一不同之處坐標原 點一個在火星質(zhì)心，一個在地球質(zhì)心，3)火星J2000平赤道IAU矢量坐標系(Smciau)坐標系原點位于火星的質(zhì)心，參考平面為火星J2000的平赤道面，X軸沿IAU矢量方向，IAU矢量是J2000時刻火星平赤道與地球平赤道的交點，Y軸與X、Z軸構成右手系，4)火星J2000平赤道火星固聯(lián)坐標系(Smcf)坐標系原點位于火星的質(zhì)心，參考平面為火星J2000的平赤道面，X軸由火心指向 通過火星Airy-O的經(jīng)線與平赤道的交點，Y軸與X、Z軸構成右手系。所述的步驟(2)包括繞X，y，ζ三軸旋轉(zhuǎn)a角的旋轉(zhuǎn)矩陣為

權利要求
-種繞火星探測器的星上快速高精度確定方法，其特征在于它主要包括以下步驟(1)建立坐標系統(tǒng)；(2)明確各坐標系的轉(zhuǎn)換關系；(3)計算攝動力；(4)在火星J2000慣性系下對軌道動力學模型積分，求得t時刻的軌道。
1.
2.如權利要求1所述的一種繞火星探測器的星上快速高精度確定方法，其特征在于 所述的步驟(1)包括1)地球J2000.0慣性坐標系(Seci)坐標原點位于地球的質(zhì)心，參考平面為J2000的平赤道面，X軸由地心指向J2000的平 春分點，Z軸垂直于參考平面，通過地球的質(zhì)心指向北極方向，Y軸與X、Z軸構成右手系，2)火星J2000.0慣性坐標系(Smci)將地球J2000慣性坐標系的坐標原點平移到火星的質(zhì)心所得到的坐標系為火星J2000 慣性坐標系?；鹦荍2000慣性坐標系與地球J2000慣性坐標系唯一不同之處坐標原點一個 在火星質(zhì)心，一個在地球質(zhì)心，3)火星J2000平赤道IAU矢量坐標系(Smciau)坐標系原點位于火星的質(zhì)心，參考平面為火星J2000的平赤道面，X軸沿IAU矢量方向， IAU矢量是J2000時刻火星平赤道與地球平赤道的交點，Y軸與X、Z軸構成右手系，4)火星J2000平赤道火星固聯(lián)坐標系(Smcf)坐標系原點位于火星的質(zhì)心，參考平面為火星J2000的平赤道面，X軸由火心指向通過 火星Airy-O的經(jīng)線與平赤道的交點，Y軸與X、Z軸構成右手系。
3.如權利要求1所述的的一種繞火星探測器的星上快速高精度確定方法，其特征在 于所述的步驟⑵包括繞X，y, ζ三軸旋轉(zhuǎn)a角的旋轉(zhuǎn)矩陣為Ry (a) ="1001cos α0-sinanRM) =0cosasin orRy (a) =0100-sin αcos αJsin α0cos αcos αsin αOl-sin αcos α00011) IAU矢量計算火星的自轉(zhuǎn)軸矢量在地心天球坐標下表示為 α = 317. 68143-0. 1061T(deg) β = 52. 8865-0. 0609T(deg)其中，α為赤經(jīng)，β為赤緯，T為自J2000時刻起算的儒略世紀，J2000時刻火J 極單位方向矢量在地心天球坐標系的表示為 f 0.466519 Λ匕TT的^Mpole-0.406238 、0.797442 jJ2000時刻地球的北極單位方向矢量在地心天球坐標系的表示為
4.如權利要求1所述的的一種繞火星探測器的星上快速高精度確定方法，其特征在 于所述的步驟⑶包括1)火星非球形引力攝動計算火星非球形部分的引力位常用球諧函數(shù)級數(shù)展開來表示，不同的位系數(shù)就構成了不同 的火星重力場模型，火星形狀攝動位函數(shù)在地固坐標系中可展開成以下球諧函數(shù)的形式"雁4(sin^)[C/mcos(^) + 4 sin(m^)] ^ 1=2 L r」其中，\為火星赤道半徑，為火星引力常數(shù)，(gaA)為飛行器在火星固聯(lián)坐標系 中的火心距和火心經(jīng)、緯度；Flm(Sincj5)為歸一化后的勒讓德多項式右m、Slffl為歸一化的火 星引力位系數(shù)；N為所取火星重力場模型的階次；2)大氣阻力攝動大氣阻力是衛(wèi)星軌道攝動的一個主要因素，大氣阻力攝動可以描述為 其中，Cd為大氣阻力系數(shù)；A為飛行器的截面積在垂直于軌道的平面上的投影；m為飛 行器的質(zhì)量；P a為飛行器處的大氣密度；巧為飛行器相對于大氣的速度；3)太陽光壓攝動對于空間飛行器，太陽輻射壓攝動加速度可用下式計算Λ =PSRa2uCR[—\^-J ^S其中，Psk為作用在離太陽一個天文單位處黑體上的太陽輻射壓，取為4. 560X IO-6N/ m2 ;m，A分別為飛行器的質(zhì)量和垂直于乙方向的飛行器的橫截面積為天文單位； As=R-Rs ,R、^分別為飛行器和太陽在火星天球坐標系中的位置矢量；CK為飛行器表 面的反射系數(shù)；Y為陰影因子；4)太陽引力攝動太陽對飛行器都有引力作用，其效應可以近似描述為點質(zhì)量攝動。在火心天球坐標系里可以使用下面的公式攝動
5.如權利要求1所述的的一種繞火星探測器的星上快速高精度確定方法，其特征在 于所述的步驟(4)包括建立火星探測器軌道積分方程 火星探測器軌道積分方程在Ski系下可以表示為
全文摘要
本發(fā)明屬于火星探測器星上高精度外推算法，具體涉及用于火星探測器星上高精度軌道外推，實時預報探測器的軌道和相對火星的位置、速度。本發(fā)明的優(yōu)點是，我國沒有發(fā)射火星探測器，其星上算法沒有見到過相關報道，此算法針對火星探測器星上軌道外推，既適合了工程實踐的要求，又保持了較高的精度。
文檔編號G01C21/20GK102116630SQ200910217000
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權日2009年12月31日
發(fā)明者張曉文, 李克行, 王大軼, 黃翔宇 申請人:北京控制工程研究所