[发明专利]近地回归轨道卫星星下点和摄影点轨迹自交点的计算方法

说明书

本发明公开了一种近地回归轨道卫星星下点和摄影点轨迹自交点的计算方法，基于地球扁率(J₂项)的轨道摄动模型，利用地球扁率对升交点赤经，近地点幅角和平近点角的长期摄动的平均影响，使得卫星轨道平面相对地球的平均漂移周期和轨道交点周期共振，形成轨道相对地球表面星下点和摄影点轨迹的重访回归。通过给定的轨道倾角、偏心率、回归天数和周期数后，可以求解轨道半长轴，继而解析求解星下点轨迹自交点的经度，再数值筛选出对应精度下自交点的纬度，即可得到一个回归周期内星下点轨迹自交点的分布情况。本发明给出了一种实用的近地回归轨道星下点轨迹自交点计算方法，在近地测绘、遥感、侦察、InSAR等回归轨道卫星测量任务中有重要应用价值。

技术领域

本发明属于遥感卫星技术领域，尤其涉及一种近地回归轨道卫星星下点和摄影点轨迹自交点的计算方法。

背景技术

根据任务需求，遥感卫星常常需要在一定时间内对特定区域进行重复观测来完成对地成像和3D地形建模等任务，对重点关注地区需要定时重访回归探测。实现这种功能一般采取近地回归轨道，具有成本低，成像效果好，重访时间短，星下点密集，可探测范围广等优点。

近地轨道由于受地球非球形引力摄动(尤其是J₂项)的影响比较明显，长期来看会引起卫星轨道的较大漂移，对于遥感卫星的重访探测有巨大影响，因此，对于设计星下点重访的卫星轨道而言，必需考虑地球非球形引力的摄动影响。

传统的近地卫星对地观测常采用太阳同步轨道，虽然实现了对地面指定点的定时重访观测，然而也存在观测区域和卫星观测角相对固定，相邻观测时间间隔较长(一日一次)、计算量大，易丢失等缺点。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种近地回归轨道卫星星下点和摄影点轨迹自交点的计算方法，克服了传统方法中依靠数值搜索星下点轨迹自交点位置计算量大，易丢失的缺点，提高了计算效率，达到星载计算机的处理能力要求，实现了星下点轨迹自交点位置的在线计算。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种近地回归轨道卫星星下点和摄影点轨迹自交点的计算方法，包括：

根据轨道倾角、轨道偏心率、回归周期天数和回归圈数，迭代求解回归轨道半长轴；

根据迭代求解得到的回归轨道半长轴和地球扁率摄动系数J₂下的轨道运行规律，对近地回归轨道卫星星下点经纬度和摄影点经纬度分别进行计算；

根据计算得到的星下点经纬度和摄影点经纬度，分别得到一个回归周期内星下点轨迹自交点的分布和摄影点轨迹自交点的分布。

在上述近地回归轨道卫星星下点和摄影点轨迹自交点的计算方法中，根据轨道倾角、轨道偏心率、回归周期天数和回归圈数，迭代求解回归轨道半长轴，包括：

选定轨道偏心率e、轨道倾角i、回归周期天数D和回归圈数N；

确定回归轨道半长轴a的迭代解算公式：

其中，μ表示地球引力常数，W_E表示地球东向角速度，J₂表示地球扁率摄动系数，R_E表示地球平均半径；

根据迭代初始值利用牛顿迭代法，解算得到回归轨道半长轴a的值。

在上述近地回归轨道卫星星下点和摄影点轨迹自交点的计算方法中，选定轨道偏心率e、轨道倾角i、回归周期天数D和回归圈数N，包括：

选定轨道偏心率e和轨道倾角i；

根据选定的轨道偏心率e和轨道倾角i，计算得到地球扁率摄动系数J₂下的轨道参数：