【个人积累】轨道根数六要素中第4、5项的理解与STK仿真演示

文章目录

0 写在前面
1 参考组设置
2 考察近地点幅角（Argument of Perigee）
3 考察升交点经度（RAAN或者Lon.Ascn.Node）
4 对“STK中存在升交点经度参量两种表征方式”问题的探讨
参考文献

0 写在前面

人造卫星轨道六要素（也称为轨道六根数）是用于表征卫星轨道形状、位置及运动等属性的参数，可用来确定任意时刻卫星的轨道和位置。通常的轨道六根数指的是：半长轴a、离心率e、轨道倾角i、近心点辐角ω、升交点经度Ω和真近点角φ。【1】

图1 六根数示意图

众所周知，六根数中，前2项确定了轨道形状，第3、4、5项确定了轨道平面所处的位置，第6项确定了卫星在轨道中当前所处位置（注意：第6项除了用真近点角来表征外，还常常用平近点角、过升交点时刻、过近地点时刻等参量表征，其效果是等价的）。

对于六根数的介绍已有大量参考资料，本文重点针对六根数中个人认为较难理解的第4、5项，通过STK仿真演示的形式来直观演示，以帮助个人理解记忆。最后探讨一下STK中“对升交点经度参量存在两种表征方式”的问题。

1 参考组设置

图2 在STK卫星的属性配置页面中对于六根数的设置图示

下文比较均建立在此基准之上，对比试验仅针对其中单项参量进行，不再特别说明。

2 考察近地点幅角（Argument of Perigee）

近地点幅角定义【2】为：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°。

在参考组的参数设置下，Stk三维图如下

图3 近地点幅角=0°

依次改变近地点幅角这项值，得到如下仿真结果：

图4 近地点幅角=60°

图5 近地点幅角=180°

图6 近地点幅角=300°

通俗来讲，在轨道形状已经确定的情况下，近地点幅角表征了这个轨道哪里离地球近，哪里离地球远

3 考察升交点经度（RAAN或者Lon.Ascn.Node）

下节将讨论RAAN与Lon.Ascn.Node差异，以及到底哪个代表升交点经度的问题，鉴于二者在表征含义上的等价性，此处仅选择RAAN作为STK中的考察参量。
在参考组的参数设置下，STK三维图如下（注：红色线为赤道）

图7 升交点经度RAAN=0°

图8 升交点经度RAAN=60°

图9 升交点经度RAAN=120°

图10 升交点经度RAAN=180°

图11 升交点经度RAAN=240°

图12 升交点经度RAAN=300°

通俗来讲，不严谨的理解为：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

4 对“STK中存在升交点经度参量两种表征方式”问题的探讨

在如图2所示的STK对六根数配置的页面中，升交点经度下拉选项中有两项：RAAN、Lon.Ascn.Node。二者的完整英文分别为：
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）
在各种文献中，“升交点经度”与“升交点赤经”常常混用，似乎是因为人们惯常认为升交点经度就是特指升交点赤经而言，忽视了升交点黄经这个概念。
在各翻译工具中，采用谷歌翻译，若是英译汉，可见差异如下

图13 二者英译汉

百度翻译与此结果同，不再赘述。
采用谷歌翻译，若是汉译英，未见差异

采用百度翻译，可见差异如下

由此图可见，对升交点赤经的翻译备选项中，还存在“longitude of ascending node”这一项，这是谬误否？

暂得结论如下：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。仅为个人管窥蠡测，记录于此，留待以后再验证

参考文献

【1】灰机百科https://sat.huijiwiki.com/wiki/%E8%BD%A8%E9%81%93%E5%85%AD%E6%A0%B9%E6%95%B0#。
【2】航天测控系统工程[M]，于志坚，p31。