慣性系到歷元時刻、月心赤道慣性系的轉換矩 陣=足(4)足(6,)。其中Rx和Rz分別為繞X軸和繞Z軸的旋轉矩陣。
[0037] 步驟3:計算月心赤道慣性系到觀察坐標系的轉換矩陣。
[0038] 由步驟1獲得的太陽位置矢量rSE、月球位置矢量iye和步驟2獲得的轉換矩陣 可計算月心赤道慣性系下太陽位置矢量rSI；，其計算公式為，令x a、ya和zSIj 分別為在月心赤道坐標系下x方向、y方向和z方向的分量。
[0039] 求出月心赤道慣性系下太陽矢量的方位角和仰角，其計算公式為 a SI=atan2(ya/xSI), SSI=asin(za/rSI)。進一步可求出月心赤道慣性系到從太陽射 線方向觀察月球的觀察坐標系（如圖2所示）的轉換矩陣M%，其計算公式為M%=R X(-Sa) ( a SL)。
[0040] 步驟4:搜索環(huán)月軌道的軌道仿真初始點。
[0041] 將月心赤道慣性系下的航天器環(huán)月軌道要素P轉換為位置速度矢量[r m，vHJ， 由步驟3獲得的M%計算觀察坐標系下航天器的位置速度矢量[~，vHV]，其計算公式為 rHv_MVLr HL,vHV-MVLvHL〇
[0042] 由真近點角e=0°開始軌道仿真，并計算觀察坐標系下航天器的位置速度矢量 []%，v HV]。令Xhv、yHV和zHV分別為rnv在觀察坐標系下x方向、y方向和z方向的分量。若 初次出現(xiàn)Xhv> 〇,表示航天器在環(huán)月軌道上朝向太陽的一側，屬于光照區(qū)，記錄此時的真近 點角％，將其作為計算陰影區(qū)時間的軌道仿真初始點。將軌道仿真初始點選在光照區(qū)，就 可使環(huán)月軌道一個軌道周期內的軌道仿真過程中陰影區(qū)不被分隔成兩部分。
[0043] 步驟5:軌道仿真，獲得星蝕因子和光照因子。
[0044] 將步驟4獲得的0 ^作為軌道仿真初始點，并按步驟4計算每一時刻航天器在觀 察坐標系下的位置速度矢量[rHV，Vhv]。當xHV < 0且>4+士 <巧時，表明航天器在環(huán)月軌 道中背向太陽的一側，且被月球邊界遮擋，進入了陰影區(qū)。記錄此時的真近點角et。進行 一個軌道周期的仿真，可得到陰影區(qū)真近點角集合Q。由于一個環(huán)月軌道周期內太陽方向變 化較小，在軌道仿真過程中將太陽方向看做恒定不變。根據(jù)Q可計算出陰影區(qū)時間I；，進一 步可計算星蝕因子k 6=T6 / T和光照因子ks=l_T6 / T，其中T為環(huán)月軌道的軌道周期。
[0045] 實施例：
[0046] 設置歷元時刻為tQ=[2000,1，1，12,0,0]。設置環(huán)月軌道的軌道要素為：a=1838km， e=0，i=45°，Q=170°，co=〇°。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明的步驟2, 3,4, 5可計算得到星食因子為0.36,光照因子為0.64。如圖 3所示，仿真起始點處在光照區(qū)，運行至真近點角237°時進入陰影區(qū)，直至真近點角365° 時再次進入光照區(qū)。如圖4所示，表示出了采用本發(fā)明的航天器在環(huán)月軌道上的光照區(qū)軌 跡和陰影區(qū)軌跡，其中，粗實線表示光照區(qū)，粗虛線表示陰影區(qū)。
[0048] 圖5為采用商用軟件STK的環(huán)月軌道光照區(qū)軌跡。比較圖4和圖5可以看出，兩 種方法得到的光照區(qū)軌跡一致。由STK計算的光照時間為4510. 688s，相應的光照因子為 0. 64。故本方法計算的結果與STK計算結果一致，驗證了本方法的正確性。
[0049] 本發(fā)明中未說明部分屬于本領域的公知技術。
【主權項】
1. 一種環(huán)月軌道光照條件分析方法，用于通過修改航天器環(huán)月軌道參數(shù)來計算出不同 的環(huán)月軌道的光照因子，從而分析探月航天器在所述不同的環(huán)月軌道上的光照條件，其特 征在于，包括以下步驟： 步驟一，設置歷元時刻，計算太陽位置和月球軌道要素； 步驟二，根據(jù)所述月球軌道要素，計算從所述地心赤道慣性系到月心赤道慣性系的第 一轉換矩陣； 步驟三，根據(jù)所述第一轉換矩陣，計算從所述月心赤道慣性系到觀察坐標系的第二轉 換矩陣； 步驟四，記錄第一真近點角并將其作為計算所述不同環(huán)月軌道在陰影區(qū)的時間的軌道 仿真初始點；以及 步驟五，采用所述第一真近點角進行軌道仿真并計算星蝕因子和光照因子，以分析在 所述不同的環(huán)月軌道上的光照條件。
2. 根據(jù)權利要求1所述的環(huán)月軌道光照條件分析方法，其特征在于，在所述步驟一中 執(zhí)行： 設置所述歷元時刻，計算在地心赤道慣性系下的第一太陽位置矢量、月球軌道要素和 月球位置矢量。
3. 根據(jù)權利要求2所述的環(huán)月軌道光照條件分析方法，其特征在于，在所述步驟二中 執(zhí)行： 根據(jù)在所述步驟一中獲得的所述月球位置矢量，計算在所述歷元時刻的月球赤道與地 球赤道的夾角； 計算在所述歷元時刻的所述月球赤道與所述地球赤道的升交點赤經(jīng)；以及 采用第一規(guī)則計算在歷元時刻的所述第一轉換矩陣。
4. 根據(jù)權利要求3所述的環(huán)月軌道光照條件分析方法，其特征在于，所述第一規(guī)則為： 其中，為所述第一轉換矩陣，以及Rx和Rz分別為繞X軸和繞Z軸的旋轉矩陣。
5. 根據(jù)權利要求4所述的環(huán)月軌道光照條件分析方法，其特征在于，在所述步驟三中 執(zhí)行： 通過所述第一太陽位置矢量、所述月球位置矢量和所述第一轉換矩陣，采用第二規(guī)則， 計算在所述月心赤道慣性系下的第二太陽位置矢量； 采用第三規(guī)則，計算在所述月心赤道慣性系下的所述第二太陽位置矢量的方位角和仰 角；以及 采用第四規(guī)則，計算從所述月心赤道慣性系到觀察坐標系的第二轉換矩陣，其中，所述 觀察坐標系為從太陽射線的方向觀察月球的坐標系。
6. 根據(jù)權利要求5所述的環(huán)月軌道光照條件分析方法，其特征在于， 所述第二規(guī)則為：ra=Mu(rSE-iYE)，其中，為所述第二太陽位置矢量，Mu為所述第一 轉換矩陣，rSE為所述第一太陽位置矢量，以及為所述月球位置矢量， 所述第三規(guī)則為：ct SI=atan2 (ySL / xSL)，S SI=asin (zSL/rSI),其中，a SL 和SSL分別 為所述第二太陽位置矢量的方位角和仰角，為所述第二太陽位置矢量，以及xa、ya和 分別為在月心赤道慣性系下x方向、y方向和z方向的分量，以及 所述第四規(guī)則為：MV^RX (_SJRz (aJ，其中，為所述第二轉換矩陣。
7. 根據(jù)權利要求6所述的環(huán)月軌道光照條件分析方法，其特征在于，在所述步驟四中 執(zhí)行： 將在所述月心赤道慣性系下的所述航天器的環(huán)月軌道要素轉換為在所述月心赤道慣 性系下得所述航天器的第一位置速度矢量； 根據(jù)所述第二轉換矩陣和所述航天器的第一位置速度矢量，采用第五規(guī)則，計算在所 述觀察坐標系下的所述航天器的第二位置速度矢量； 從真近點角為零開始進行所述軌道仿真，并計算不同的所述第二位置速度矢量；以及 當Xhv大于零時，記錄這個時刻的真近點角作為第一真近點角，從而獲得所述軌道仿真 初始點，其中，Xhv為所述航天器的第二位置矢量在所述觀察坐標系下X方向的分量。
8. 根據(jù)權利要求7所述的環(huán)月軌道光照條件分析方法，其特征在于， 當所述軌道仿真初始點位于光照區(qū)時，使所述陰影區(qū)在所述環(huán)月軌道的一個軌道周期 內的軌道仿真過程中完整而不分隔成兩個部分，以及 所述規(guī)則五為！"HV=Mv^wVhv=Mv^，其中，M%為所述第二轉換矩陣，rHV和Vhv為所述航 天器的第二位置速度矢量，以及和為所述航天器的第一位置速度矢量。
9. 根據(jù)權利要求8所述的環(huán)月軌道光照條件分析方法，其特征在于，在所述步驟五中 執(zhí)行： 采用所述第一真近點角作為所述軌道仿真初始點進行軌道仿真； 采用所述規(guī)則五，計算在每一個時刻下所述航天器在所述觀察坐標系下的第二位置速 度矢量； 當Xhv小于零且+4, <<時，所述航天器進入陰影區(qū)，從而記錄在這個時刻的真近 點角作為陰影區(qū)真近點角，其中，xHV、yHV和zHV分別為第二位置矢量1?在觀察坐標系下X方 向、y方向和z方向的分量，以及Rlj為月球半徑； 進行一個軌道周期的仿真，從而得到所述陰影區(qū)真近點角的集合；以及 根據(jù)所述陰影區(qū)真近點角的集合計算陰影區(qū)時間，從而采用規(guī)則六計算所述星蝕因子 和所述光照因子。
10. 根據(jù)權利要求9所述的環(huán)月軌道光照條件分析方法，其特征在于，所述規(guī)則六為： ke=Te /T,ks=l-Te /T, 其中，T為所述環(huán)月軌道的軌道周期，T6為所述陰影區(qū)時間，k6為所述星蝕因子，ks為 所述光照因子。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種環(huán)月軌道光照條件分析方法，包括以下步驟：設置歷元時刻，計算太陽位置和月球軌道要素；根據(jù)月球軌道要素，計算從地心赤道慣性系到月心赤道慣性系的第一轉換矩陣；根據(jù)第一轉換矩陣，計算從月心赤道慣性系到觀察坐標系的第二轉換矩陣；記錄第一真近點角并將其作為計算不同環(huán)月軌道在陰影區(qū)的時間的軌道仿真初始點；采用第一真近點角進行軌道仿真并計算星蝕因子和光照因子，以分析在不同的環(huán)月軌道上的光照條件。因而，通過本發(fā)明的環(huán)月軌道光照條件分析方法，計算更加簡單靈活且計算結果更加精確，可以方便地分析環(huán)月軌道光照條件與環(huán)月軌道參數(shù)之間的內在聯(lián)系，場景設置簡單，工作量也大大減少了。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104715126
【申請?zhí)枴緾N201310666903
【發(fā)明人】彭坤
【申請人】北京空間技術研制試驗中心
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2013年12月11日