几何学在卫星精确定位中的应用

卫星轨道及卫星导航定位都涉及很多几何问题,那么怎样用几何学解决卫星轨道及导航定位的计算是在实际应用中面临的一个重要课题.在这个问题基础上,给出了在适合于不同情况下的坐标系的转换公式,主要研究了导航卫星轨道的有效计算,为进行实时导航定位,讨论了卫星的准确定位算法和它的速度、经纬度的确定.最后,对未来的研究方向做出探讨.     

一种非线性函数的迭代动力分析

对一种非线性函数迭代的动力性质进行了分析,结果显示在函数的定义区间[－2,2]内,点χ的移动轨道具有如下性质：（i）点χ的移动轨道具有各种复杂的周期轨道,所有周期轨道形成的集合在区间[－2,2]内稠密,（ii）点χ的移动轨道或者在区间（－2,2）内稠密,或者经有限次映射后最终进入由所有的周期轨道形成的集合中。     

为什么大行星可以同时有顺行和逆行卫星

本文用圆型限制三体问题的Jacobi积分来建立一个能确定卫星是否稳定的测检函数.凡是对其主行星所作的瞬时椭圆轨道要素已知的卫星都可检定其稳定性.对于作准圆形轨道运动的卫星,我们可用电子计算机来求出它的稳定域,这域的界面是一个近似的扁椭球面.这闭面所包围的空间比“引力作用球”和其相应的卫星区的“Hill曲面”要小得多.由于卫星对其主行星的相对动能表示式对顺行和逆行轨道两者形式相同,所以两者可以在卫星的稳定域中同时存在.     

周期扰动下卫星运动系统的动力学性质

本文运用Melnikov方法对平面卫星运动系统在周期扰动下所表现出来的动力学性质进行了探讨.首先运用次谐Melnikov方法给出了卫星轨道在周期扰动下存在次谐周期轨道的条件,并进一步运用同宿.Melnikov方法证实了该系统存在Smale马蹄意义下的混沌性质.     

一个非线性微分方程的周期边值问题

本文考虑作为卫星绕椭圆轨道作周期运动模型的一个二阶非线性微分方程的周期边值问题.用迭代方法证明了奇函数周期解的存在性,并且扩大了文[3]中给出的参数范围.     

基于伴随同化方法的空间飞行器轨道估计

基于空间几何原理提出了一个双星无源定位方案,方案中包括两个观测坐标系和一个基础坐标系.每个观测坐标系中分别存在一条由观测卫星发出指向目标飞行器的射线,考虑到实际观测中存在各种误差,任意两颗观测卫星对目标飞行器的定位方向一般不在同一个平面内(即为异面直线),假定两条异面直线的公垂线段的中点(相交的情况下为交点)是目标飞行器所在的位置,而公垂线段的长度表征两颗卫星的观测误差.利用空间飞行器的观测数据计算了飞行器在基础坐标系中的位置坐标并进行了误差估计.利用一个基于伴随同化方法的数值模型估计了空间飞行器主动段的轨道.正向模型用来模拟飞行器的运动过程,伴随模型用来优化参数.通过同化空间飞行器在基础坐标系下的观测数据得到了空间飞行器的轨道.设计了数值实验以检验该模型的合理性,实验结果表明了双星无源定位系统的正确性,通过同化卫星对飞行器的观测数据,该伴随同化模型可以对空间飞行器的轨道进行成功估计.     

基于卫星无源探测的空间飞行器主动段轨道估计与误差分析

在利用自适应定点的四阶龙格库塔算法求解卫星二阶微分运动方程的基础上,确定了其轨道,在利用样条插值拟合算法对多星观测数据同步后,基于级数理论建立了飞行器速速度和质量估计的多项式模型.随后根据飞行器在观测坐标系下的约束关系,建立了双星无源交汇定位的算法模型,实现了空间飞行器的轨道估计.再次,根据量测方程,提出了一种系统误差估计的滑窗四点交汇方法,实现了系统的误差动态估计.最后,建立了联合序贯多点轨道估计模型,实现了单卫星单飞行器的轨道估计和误差分析.对于多星多飞行器问题通过比较方程组自由度和待估计的轨道参数和系统误差的个数,得出可估计系统误差的条件:在观测卫星个数M与空间飞行器数目P满足2MP≥3P+2M时,系统误差可估计.     

一种便于摄动分析的编队飞行卫星相对运动的描述

定义了一组参数来描述卫星编队飞行的相对运动,称为相对轨道要素．利用它可以方便地分析摄动对相对轨道构形的影响以及卫星编队队形的几何特点．首先,对相对轨道要素给予了详细的推导,指出当主星偏心率为小量时,在主星轨道坐标系中相对轨道是一椭圆柱和一平面相交所得的交线,用描述该椭圆柱和平面的参数即可确定相对轨道构形,进而提出了相对轨道要素．其次,利用相对轨道要素对相对轨道进行地球扁率摄动分析,指出相对轨道构形的变化由两部分组成:一是椭圆柱的漂移导致相对轨道中心的漂移,二是平面法线的章动和进动引起相对轨道平面转动,同时还给出了地球扁率摄动下相对轨道构形漂移率及转动率的解析公式．最后,针对J2摄动分析了卫星编队相对轨道构形的变化以及相对轨道构形的漂移量和转动量．     

两角和与差三角函数公式的不同证明方法

众所周知，在两角和与差的三角函数公式中，证明了两角和与差的正弦和余弦公式之一，其余的公式就可以由这个公式推导出来．我国现行高中教材的处理方法是：在直角坐标系中作单位圆Ｏ；并作出角α、β和－β角，设定角的各边于圆Ｏ的交点坐标，根据两点间的距离公式，推出...     

利用对应原理解排列组合题

数学解题的一个基本思想就是设法将问题化归为熟悉或已经解决的问题 .利用对应原理可以把有些排列组合题转化为另一类容易求解的排列组合题 .以下略举几例 ,说明对应原理在解题中的应用 .例 1　圆上有 1 0个不同的点 ,由这些点连成的弦在圆内最多能有几个交点 ?分析与解　当任两条直线有交点且交点不重合时为最多 ,此时圆内任意一个交点 ,都是由圆上 4个点唯一确定 ,即每个交点都对应着一个四个点的组合 ,故最多有Ｃ410 =2 1 0个交点 .例 2　已知平面内水平方向有四条平行直线 ,竖直方向有三条平行直线 ,它们可以组成的平行四边形的个数是多…     

卫星运动预测及规避的建模与求解

近年来,随着各国侦查卫星系统的不断完善,有效根据观测数据预测卫星的轨迹,同时建立适当的规避防范措施变得尤为重要·通过研究地面监测站监测的卫星数据及地理信息,提出了一种基于三维坐标系变换的卫星轨迹求解模型,具体建立模型的方法为:建立4种不同的坐标系,通过卫星坐标在4种坐标系中的变换,将地面检测站检测到的卫星数据进行处理,拟合出卫星的六个运动参数,得出卫星运动轨迹方程,并较为精准的预测卫星被观测站观测到的情况,以及任意时刻星下点的经纬度坐标.针对卫星的运动情况,为满足我方军事目标的运动需求,根据新疆地图建立军队行军路线的有向图,然后,在考虑卫星规避的情况下对每条路线进行模拟分析,最终,通过每条路线模拟分析的结果进行比对,得出最优的行军路线.     

Collision of a solar wind shock wave with the Earth’s bow shock. Wave flow pattern

The wave pattern of the flow developed when a solar wind shock wave propagates along the surface of the Earth’s bow shock is studied. The investigation is carried out in the three-dimensional non-plane-polarized formulation within the framework of the ideal magnetohydrodynamic model in which the medium is assumed to be inviscid and non-heat-conducting and to have the infinite conductivity. The global three-dimensional pattern of the interaction which is a function of the latitude and longitude of elements on the surface of the bow shock is constructed as a mosaic of solutions to the problem of breakdown of a discontinuity developed between the states behind the impinging and bow shocks on the moving curve of intersection of their fronts. The investigation is carried out for typical solar wind parameters and interplanetary magnetic field strength in the Earth’s orbit and for several Mach numbers of the interplanetary shock wave, which makes it possible to trace the evolution of the flow developed as a function of the intensity of the shock perturbation of the solar wind. The solution obtained is necessary for interpreting measurements carried out by spacecraft located in the neighborhood of the Lagrange point and the Earth’s magnetosphere.     

On manifolds of initial conditions leading to intersection of orbits of satellites with planet under weak gravitational perturbations

We consider the problem of initial conditions that lead to the intersection of a satellite orbit with planetocentric sphere of a radius R. The problem is considered in frame of the satellite version of the double-averaged restricted three body problem with taking into account gravitational perturbations caused by the polar oblateness of the planet. For some integrable cases we provide the boundaries of the manifolds of the initial orbital elements leading (or not leading) to the intersection of the satellite orbit with the planet surface.     

The stability of a class of reversible systems

The problem of the stability of the point of rest of an autonomous system of ordinary differential equations from a class of reversible systems [1] characterized by the critical case of m zero roots and n pairs of pure imaginary roots is considered. When there are no internal resonances [2, 3], the point of rest always has Birkhoff complete stability [2]. Internal resonances may lead to Lyapunov instability. The conditions of stability and instability of the model system when there are third-order resonances may be obtained from a criterion previously developed [4] for the case of pure imaginary roots. The results are used to analyse the stability of the translational-rotational motion of an active artificial satellite in a non-Keplerian circular orbit, including a geostationary satellite in any latitude [4, 5]. The region of stability of relative equilibria and regular precession of the satellite is constructed assuming a central gravitational field and the resonance modes are analysed.     

在不均匀旋转大气中瞬时圆形轨道的人造卫星的寿命

本文用能量观点研究了人造卫星在不均匀旋转大气的阻力作用下的寿命.根据流体动力学,大气旋转角速度随高度而减小.大气密度按指数形式而减少.文中推出了卫星在上述旋转大气模型中瞬时圆形轨道上的寿命表达式,并对具体卫星的寿命做了数值估计.结果表明:在本文中所计算出的卫星寿命比前人将大气旋转同地球自转角速度一样的模型所算出的寿命要短些.     

The Hörmander index of symmetric periodic orbits

A symmetric periodic orbit is a special kind of periodic orbit that can also be regarded as a Lagrangian intersection point. Therefore it has two Maslov indices whose difference is the Hörmander index. In this paper we provide a formula for the Hörmander index of a symmetric periodic orbit and its iterates in terms of Chebyshev polynomials.     

Non-linear oscillations of a satellite at 1:1:1 resonance

The motion of a satellite about its centre of mass in a central Newtonian gravitational field is investigated. The satellite is considered to be a dynamically symmetrical rigid body. It is assumed that the ratio of the polar and equatorial principal central moments of inertia of the satellite is 4/3, or close to this. The orbit of the centre of mass is elliptic, and the orbit eccentricity is assumed to be small. In the limit case, when the orbit of the centre of mass is circular, a steady motion exists (corresponding to relative equilibrium of the satellite in the orbital system of coordinates) in which the axis of dynamic symmetry is directed along the velocity vector of the centre of mass of the satellite; here, the frequencies of the small linear oscillations of the axis of symmetry are equal or close to one another. But in an elliptic orbit of small eccentricity, multiple 1:1:1 resonance occurs in this case, as the oscillation frequencies mentioned are equal or close to the frequency of motion of the centre of mass of the satellite in orbit. The non-linear problem of the existence, bifurcations and stability of periodic motions of the satellite with a period equal to the rotation period of its centre of mass in orbit is investigated.     

基于约束满足问题的中继卫星调度问题研究

中继卫星任务规划与调度是中继卫星系统应用中的重要问题。根据航天器的空间轨道参数，得到中继卫星与用户航天器之间的可见时间窗口。在此基础上，通过分析中继卫星系统中各种资源之间的约束关系、任务优先级与调度准则，建立中继卫星系统的任务调度模型。仿真结果表明，基于约束规划理论建立中继卫星调度模型是解决中继卫星调度问题的有效方法。