中国空间科学技术

›› 2013, Vol. 33 ›› Issue (5): 62-68.doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2013.05.010

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一组新的四元数轨道要素建模方法

 曹静, 袁建平, 罗建军   

  1. （西北工业大学航天飞行动力学技术重点实验室，西安710072）
  • 收稿日期:2012-10-10 修回日期:2013-01-28 出版日期:2013-10-25 发布日期:2013-10-25
  • 作者简介:曹静 1986年生，2008年毕业于西北工业大学飞行器设计专业，现为西北工业大学飞行器设计专业博士研究生。研究方向为航天器动力学与控制。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金（11072194），航天飞行动力学技术重点实验室开放基金（2012afdl021）资助项目

ASetofNovelOrbitalElementsModelingApproachUsingQuaternion

 CAO  Jing, YUAN  Jian-Ping, LUO  Jian-Jun   

  1. （NationalKeyLaboratoryofAerospaceFlightDynamics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi′an710072）
  • Received:2012-10-10 Revised:2013-01-28 Published:2013-10-25 Online:2013-10-25

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被引次数

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摘要： 针对传统以欧拉角为参数的轨道要素的奇异性、不确定性以及计算效率低等问题，提出了一种新的四元数轨道要素。建立了新轨道要素与经典轨道要素，以及新轨道要素与惯性系下位置、速度的相互转换关系，推导了基于新轨道要素的高斯摄动方程。以J2项摄动下的轨道推演为例进行仿真验证，结果表明新轨道要素不仅在圆轨道与赤道平面轨道处不存在奇异性和不确定性，而且由于新轨道要素不涉及三角函数运算，新高斯摄动方程积分效率和计算精度明显提高。

关键词: 四元数, 欧拉角, 轨道要素, 高斯摄动方程, 轨道摄动

Abstract: Focusedonthesingular,indeterminationandthecalculationinefficiencyoftraditionalorbitalelementsbasedonEulerangles,asetofnovelorbitalelementsusingquaternionwasproposed.Therelationshipsofthenovelelementsandtheclassicorbitalelements,aswellasthenovelelementsandthepositionandvelocityintheinertialcoordinatewerebuilt.TheGaussperturbationequationswerederivedbasedonthenovelelements.Thevalidityandadvantageswerevalidatedbythepropagationoftheorbitunder J2 rturbation.Theresultsshowthatthenovelelementscannotonlyavoidthesingularandindeterminationincircularandequatorialorbit,butalsowithhighercalculationefficiencyandaccuracyforitsoperationwithouttrigonometricfunction.

Key words: Quaternion, Eulerangle, Orbitalelement, Gaussperturbationequation, Orbitalperturbation