静止轨道卫星通信论文提纲

论文题目：基于连续小推力的非开普勒地球静止轨道设计与保持方法研究

摘要：地球静止轨道因其具有覆盖范围广、机动性强、轨道寿命长等优点,在通信、导航、气象等领域发挥着重要作用。由于地球静止轨道中能够放置的卫星的数量是有限的,随着地球静止卫星的不断发射,地球静止轨道会逐渐变得拥堵。为了解决地球静止轨道逐渐拥堵这一现实中存在的问题,本文设计了一种偏置地球静止轨道,通过对地球静止卫星施加连续的小推力,使得卫星移出原有的地球静止轨道,形成新的对地静止轨道。论文以偏置地球静止轨道作为主要研究对象,使用连续小推力作为偏置地球静止轨道的推进系统来设计轨道,并对连续小推力作用下的偏置地球静止轨道的工作性能和轨道寿命进行了研究。此外,对于连续小推力作用下偏置地球静止卫星所受的摄动因素进行了分析,并且设计了相应的轨道保持方法来消除摄动因素对卫星造成的影响。首先,对于本文在度量轨道以及模型建立中所选取的主要坐标系、轨道动力学模型进行了详细的阐述。然后研究了偏置地球静止轨道的基本概念以及相关模型,为后续工作提供理论支撑。其次,为了体现连续小推力推进在设计偏置地球静止轨道的优势,分别对传统化学推进以及电力推进作用下的偏置地球静止轨道的设计方法进行了研究。同时进行仿真验证两种推进策略作用下的偏置地球静止轨道的工作性能以及轨道寿命是否能够达到设计要求。之后,采用太阳帆与电力推进混合推进策略设计偏置地球静止轨道。对太阳帆推进以及混合推进的基本原理进行了详细介绍,研究了混合推进作用下偏置地球静止轨道的设计方法。通过仿真分析,对偏置地球静止轨道的工作性能、轨道寿命以及质量进行了分析比较,验证混合推进策略的可行性与优势。同时对偏置地球静止卫星所受的摄动因素进行了分析,并且针对混合推进策略的特点设计相应的轨道保持策略以消除摄动因素的影响。最后,为了减少卫星的推进剂损耗、提升卫星的寿命,设计了一条春分—秋分季节性转移轨道。使用最优控制理论对季节性转移轨道中的最省燃料问题进行分析,并通过仿真对季节性转移轨道的实际效果进行验证。

关键词：连续小推力;偏置地球静止轨道;轨道设计;轨道保持

学科专业：控制科学与工程

摘要

abstract

第1章 绪论

1.1 论文研究的背景、目的和意义

1.2 连续小推力技术研究现状

1.2.1 国外对连续小推力技术研究现状

1.2.2 国内对连续小推力技术研究现状

1.3 小推力作用下偏置地球静止轨道研究现状

1.3.1 国外偏置地球静止轨道研究现状

1.3.2 国内偏置地球静止轨道研究现状

1.4 论文主要内容

第2章 偏置地球静止轨道模型

2.1 卫星参考坐标系的定义及转换关系

2.1.1 卫星参考坐标系

2.1.2 常用坐标系之间的转换关系

2.2 卫星轨道动力学模型

2.2.1 经典轨道动力学模型

2.2.2 球面坐标系下轨道动力学模型

2.2.3 地球静止卫星轨道动力学模型

2.3 偏置地球静止轨道模型

2.4 本章小结

第3章 单一推进下偏置地球静止轨道设计

3.1 地球静止轨道偏置方法研究

3.1.1 平面外偏置地球静止轨道

3.1.2 平面内偏置地球静止轨道

3.2 脉冲推进作用下偏置地球静止轨道设计

3.2.1 脉冲推进下偏置地球静止轨道的设计方法

3.2.2 脉冲推进下偏置地球静止轨道的轨道寿命

3.2.3 仿真验证与分析

3.3 电力推进作用下偏置地球静止轨道设计

3.3.1 电力推进下偏置地球静止轨道的设计方法

3.3.2 电力推进下偏置地球静止轨道的轨道寿命

3.3.3 仿真验证与分析

3.4 本章小结

第4章 混合推进下偏置地球静止轨道设计与保持

4.1 太阳帆和电力推进的混合推进策略研究

4.1.1 太阳帆推进基本原理

4.1.2 混合推进策略研究

4.2 混合推进作用下偏置地球静止轨道的设计方法

4.2.1 平面外偏置地球静止轨道设计方法

4.2.2 平面内偏置地球静止轨道设计方法

4.2.3 仿真验证与分析

4.3 混合推进作用下偏置地球静止轨道的质量分析

4.3.1 偏置地球静止卫星的质量模型

4.3.2 仿真验证与分析

4.4 混合推进作用下偏置地球静止轨道的保持方法

4.4.1 轨道摄动因素分析

4.4.2 混合推进作用下位置保持方法研究

4.4.3 仿真验证与分析

4.5 本章小结

第5章 混合推进下季节性转移轨道设计

5.1 季节性转移轨道的设计目的

5.2 季节性转移轨道研究

5.2.1 最优控制问题

5.2.2 季节性转移轨道的最省燃料问题

5.3 仿真验证与分析

5.3.1 针对季节性转移轨道最省燃料问题的仿真分析

5.3.2 采用季节性轨道转移的偏置地球静止轨道的仿真分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢