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第1章 100分钟环绕地球1

1.1 卫星轨道的相关资料2

1.1.1 低轨卫星轨道2

1.1.2 遥感卫星的轨道3

1.1.3 地球静止卫星轨道4

1.1.4 大椭圆轨道6

1.1.5 星座7

1.2 空间导航8

1.2.1 跟踪系统8

1.2.2 已有的成果10

第2章 航天动力学简介13

2.1 二体问题的一般特性14

2.1.1 平面运动和面积定律14

2.1.2 轨道形状15

2.1.3 能量积分17

2.2 无摄轨道预报19

2.2.1 开普勒方程和与时间相关的运动19

2.2.2 开普勒方程求解21

2.2.3 空间轨道22

2.2.4 位置和速度至轨道根数25

2.2.5 无奇点根数27

2.3 地基卫星观测30

2.3.1 卫星地面轨迹30

2.3.2 卫星在地平坐标系的运动33

2.4 初轨确定36

2.4.1 基于两组位置矢量的轨道确定37

2.4.2 由三组角度数据进行轨道确定40

习题43

第3章 力学模型49

3.1 引言49

3.2 重力势51

3.2.1 球谐函数扩展52

3.2.2 一些特殊的重力场系数54

3.2.3 引力场模型57

3.2.4 递归公式61

3.2.5 加速度63

3.3 日月引力64

3.3.1 摄动加速度64

3.3.2 低精度日月坐标66

3.3.3 切比雪夫近似69

3.3.4 JPL星历71

3.4 太阳辐射压73

3.4.1 蚀条件75

3.4.2 阴影函数77

3.5 大气阻力79

3.5.1 上层大气81

3.5.2 Harris-Priester密度模型84

3.5.3 Jacchia 1971密度模型86

3.5.4 上层大气密度模型比较94

3.5.5 太阳和地磁指数预报97

3.6 推力98

3.7 精密模型101

3.7.1 地球辐射压101

3.7.2 地球潮汐102

3.7.3 相对论效应104

3.7.4 经验力106

习题107

第4章 数值积分111

4.1 龙格—库塔方法112

4.1.1 引言112

4.1.2 一般龙格—库塔公式114

4.1.3 步长控制117

4.1.4 龙格—库塔—Nystr？m方法117

4.1.5 连续方法121

4.1.6 龙格—库塔方法的比较123

4.2 多步法126

4.2.1 引言127

4.2.2 Adams-Bashforth方法128

4.2.3 Adams-Moulton方法和预报—改正方法131

4.2.4 插值134

4.2.5 变阶和变步长方法135

4.2.6 Stoermer-Cowell方法137

4.2.7 Gauss－Jackson或二次和方法138

4.2.8 多步法的比较140

4.3 外插法141

4.3.1 中点准则141

4.3.2 外插142

4.3.3 外插法的比较143

4.4 比较145

习题147

第5章 时间和参考系150

5.1 时间150

5.1.1 历书时（ET）153

5.1.2 原子时153

5.1.3 相对论时间尺度155

5.1.4 恒星时和世界时158

5.2 天球参考系和地球参考系162

5.3 岁差和章动164

5.3.1 日月扭矩和地球自转轴运动164

5.3.2 岁差导致的坐标变化166

5.3.3 章动170

5.4 地球自转和极移173

5.4.1 绕天体历书极的自转173

5.4.2 欧拉自由进动174

5.4.3 极移的观测和外插175

5.4.4 与国际参考极（IRP）之间的转换177

5.5 大地基准面178

习题182

第6章 卫星跟踪与观测模型185

6.1 跟踪系统185

6.1.1 雷达跟踪185

6.1.2 激光跟踪194

6.1.3 全球定位系统195

6.2 跟踪数据模型200

6.2.1 发射机和接收机运动200

6.2.2 测角201

6.2.3 测距205

6.2.4 多普勒测量207

6.2.5 GPS测量209

6.3 介质改正210

6.3.1 辐射与大气的相互作用210

6.3.2 对流层折射212

6.3.3 电离层折射216

习题219

第7章 线性化224

7.1 二体问题状态转移矩阵225

7.1.1 轨道根数转移矩阵226

7.1.2 笛卡儿坐标对开普勒根数的偏导数227

7.1.3 开普勒根数对笛卡儿坐标的偏导数229

7.1.4 状态转移矩阵及其逆230

7.2 变分方程231

7.2.1 状态转移矩阵的微分方程231

7.2.2 敏感矩阵的微分方程232

7.2.3 变分方程的形式和求解233

7.2.4 状态转移矩阵求逆234

7.3 加速度的偏导数235

7.3.1 重力势235

7.3.2 质点摄动239

7.3.3 太阳辐射压240

7.3.4 大气阻力240

7.3.5 推力241

7.4 观测量对状态矢量的偏导数242

7.5 观测量对测量模型参数的偏导数243

7.6 差商近似244

习题246

第8章 轨道确定和参数估计248

8.1 加权最小二乘估计249

8.1.1 线性化和法化方程251

8.1.2 加权252

8.1.3 统计学解释253

8.1.4 考虑参数256

8.1.5 具有先验信息的估计257

8.2 最小二乘问题的数值解259

8.2.1 QR分解259

8.2.2 Householder变换261

8.2.3 Givens旋转263

8.2.4 奇异值分解265

8.3 卡尔曼滤波267

8.3.1 最小二乘估计递推公式268

8.3.2 序贯估计270

8.3.3 扩展卡尔曼滤波272

8.3.4 因式分解法273

8.3.5 过程噪声275

8.4 批处理估计和序贯估计的比较276

习题278

第9章 应用282

9.1 轨道确定误差分析282

9.1.1 线性轨道模型283

9.1.2 考虑协方差分析286

9.1.3 GEODA程序288

9.1.4 算例289

9.2 实时轨道确定291

9.2.1 模型与滤波算法设计292

9.2.2 RTOD程序294

9.2.3 算例分析296

9.3 中继卫星轨道确定300

9.3.1 数学模型300

9.3.2 TDRSOD程序301

9.3.3 算例分析303

附录A307

A.1 历法计算307

A.1.1 日历日期到约简儒略日的转换309

A.1.2 约简儒略日到日历日期的转换310

A.2 GPS轨道模型311

A.2.1 历书星历模型312

A.2.2 广播星历模型314

附录B317

B.1 互联网317

B.2 附赠光盘318

B.2.1 内容318

B.2.2 系统需求319

B.2.3 运行程序319

B.2.4 编译链接320

B.2.5 库函数索引322

符号列表327

参考文献336