卫星轨道六根数保姆级科普学习笔记

1194882513

其实轨道半径、离心率、轨道倾角都没啥好说的
近地点幅角和升交点赤经的意义要说一下
近地点幅角决定了轨道平面内轨道的朝向，升交点赤经决定了竖直z轴空间内轨道的朝向，靠文字描述可能比较抽象，我们来上图解释一下
先来说近地点幅角吧
近地点幅角就是轨道平面中的轨道朝哪个方向，决定了椭圆轨道在轨道平面内的方位，因为在一个平面中的椭圆轨道可以按中心旋转360度


同一平面中可以有各个朝向的椭圆轨道，近地点幅角就是来确定轨道平面内的轨道朝向的

近地点幅角定义：升交点沿航天器运行轨道与近地点的夹角，取值范围是0°-360°。
升交点和降交点就是轨道平面与赤道平面的交点，如图发亮的两个点就是升交点和降交点，绿色平面为赤道平面，卫星所在位置就是椭圆轨道的近地点，近地点和升交点在轨道平面内的夹角为近地点幅角


当轨道平面确定之后，轨道平面与赤道平面的交点就确定了，即升交点和降交点就确定了，所以直观来看，在轨道形状已经确定的情况下，近地点幅角决定了这个轨道哪里离地球近，哪里离地球远

STK仿真感受一下，因为忘了赤道面在哪了就是感受一下近地点就行了，在其他根数情况相同时
近地点幅角=0°时仿真效果如下：


近地点幅角=60°时仿真效果如下：


近地点幅角=180°时仿真效果如下：


近地点幅角=300°时仿真效果如下：


再来看一张传统正规的百度百科搬运图




其中那个像w一样的欧米嘎那个就是升交点和近地点之间的夹角，就是近地点角距也叫近地点幅角，英文名称叫 argument of perigee，perigee单词意思是近地点，argument单词意思是论据，合起来就是这个欧米嘎， ω（欧米伽）
近地点幅角讲完了再来看看升交点赤经
我在本科时候自己写仿真的时候发现一个问题，就是我之前以为确定了轨道的倾角这个轨道在空间中就确定了，后来我发现即使倾角相同轨道依然有无数状态，如下图


上面图中轨道的倾角都是相同的，但是绕着竖轴z轴转一圈能出来N个轨道面
所以升交点赤经就是为了确定绕着竖轴z轴转一圈的这个唯一轨道面的
定义：升交点赤经为卫星轨道的升交点与春分点之间的角距
我们先来看看春分点。。。我一直以为春分点和北回归线一样可以找到经纬度，后来仔细琢磨研究了一下发现春分点无法在地球上有确切位置，是以太阳为参照物，太阳直射的位置就是春分点


如果这样讲比较抽象我们可以看下图，因为地球是倾斜约30度的，所以太阳平面与地球相交的面是黄道面，地球自己按球来做等分又有个赤道面，黄道面和赤道面的交点就是春分点，




太阳直射赤道那一刹那，地球在其轨道的点就是春分点，他不在地球上，用赤经和赤纬能说明一定的位置




最后再搬运啰嗦一下吧。。从地球上看太阳东升西落，太阳沿黄道逆时针运动，黄道和赤道在天球上存在相距180°的两个交点，其中太阳沿黄道从天赤道以南向北通过天赤道的那一点，称为春分点，与春分点相隔180°的另一点，称为秋分点，冬至后，太阳从南向北移动，在春分那一天通过这一点。太阳分别在每年的春分（3月21日前后）和秋分（9月23日前后）通过春分点和秋分点。春分点不是固定的 在两千多年前,春分点位于白羊座,古代观星家把春分点所在的星座定为黄道第一星座,即白羊座.事实上,由于岁差的原因,致使春分点沿着黄道不断缓慢地向西移动,每年约移动50角秒.所以,春分点早已经不在白羊座了,现正处于双鱼座λ星的东边附近.随着春分点继续西移
最后总结，春分点就是黄道面与赤道面在天球上（不是地球，是地球公转轨道构成的球）的交点
或者说太阳从南半球到北半球时穿过赤道的点称为春分点，它每天都在变化
然后说回来，升交点赤经就是卫星轨道的升交点与春分点之间的角距
航天动力学中常常将J2000坐标系作为惯性系使用，J2000坐标系它的原点在地球质心，参考平面是J2000平赤道面，Z轴向北指向平赤道面北极，X轴指向J2000平春分点，Y轴与X和Z轴组成直角右手系。那么卫星在轨道上运动从南半球向北半球运动的过程中经过赤道平面所处的天球赤经和春分点之间的角度就称之为升交点赤经。
所以在地心坐标系中我们只需要关注x轴、升交点在轨道平面的夹角就是升交点赤经啦，哇哈哈讲半天春分点就是为了求甚解，实际仿真时候只需要关注x轴就行，因为指向春分点的x轴已经帮你处理好了
STK仿真感受一下吧，在其他根数相同情况下
升交点经度RAAN=0°效果如下图：


升交点经度RAAN=60°效果如下图：


升交点经度RAAN=120°效果图如下：


升交点经度RAAN=180°时效果图如下：


升交点经度RAAN=240°时效果图如下：


升交点经度RAAN=300°时效果图如下：


直观来看，在轨道形状已经确定的情况下，升交点经度表征了这个轨道朝地球赤道上的哪一处倾斜
升交点赤经有这两种表示
1）RAAN：Right Ascension of Ascending Node（上升点的右向提升）
2）Lon.Ascn.Node：Longitude of the Ascending Node（上升点的经度）
Ascending单词就是上升的意思
不啰嗦了，这两种表示意义等价，二者概念常易混淆，人们提到“升交点经度”的时候，若非特别说明，一般指的是升交点赤经，也就是RAAN，具体严谨区别自己查查吧
最后附个图


升交点赤经(Ω)
最后一个根数平近点角和真近点角就很好理解了，就是为了实时获得卫星在轨道上位置的变量
如下图中　P为航天器，S为天体，Z为近地点
真近点角，指天体从近地点起沿轨道运动时其向径扫过的角度，是某一时刻轨道近地点到卫星位置矢量R的夹角。真近点决定了卫星在轨道中的具体位置如下图中的角z-s-p。
平近点角（Mean Anomaly）在轨道力学中是轨道上的物体在辅助圆上相对于中心点的运行角度，在测量上不同于其他的近点角，平近点角与时间的关系是线性的。因为与时间是线性的关系，因此要计算在轨道上两点之间移动所需的时间是非常容易的（角XSZ）。
偏近点角是在轨道上的天体所在的位置投影在垂直于椭圆半长轴的外接圆上，并从椭圆的中心量度和近拱点（periapsis）方向之间的角度。在下图中的标示为E（角zcx）。


其实和求离心率这个图差不多


剩下家人们自己琢磨吧，我是自己把自己写清楚了，图片来自网络，仅用于学习交流，侵删