地球重力场中卫星轨道的精确高效传播

卫星轨道的快速精确传播是任务设计、支撑运行的轨道确定以及载荷数据分析所必需的。这一需求还必须满足日益增长的各类科学与应用任务所设定的不同精度要求。本文提出一种方法,通过满足特定应用精度要求的高效数值积分来提升轨道传播器的计算性能。这是通过适当调节数值传播器参数(相对容差与最大时间步长)、建立扰动加速度(地球引力势、大气阻力、太阳辐射压、第三体扰动、引力相对论修正)的阈值——低于该阈值者可忽略而不改变结果质量——以及实现一种高效精确的地球势及其一阶梯度的球谐综合算法来实现的。特别地,在进行球谐综合时,保留的球谐项数(即展开阶数)由精度要求决定。鉴于高阶球谐随高度迅速衰减,满足目标精度所需的展开阶数随高度降低。为提高计算效率,保留的阶数在轨迹计算过程中动态确定。各高度的最优展开阶数通过确保球谐综合的截断误差低于阈值加速度来确定。本工作是此前针对地球同步倾斜轨道通信卫星研究的一般化推广至任意轨道。文中给出了该方法并分析讨论了一组测试用例。