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运动方程数值解

/numerical solution of motion equation/
条目作者许国昌杜玉军
条目作者许国昌

许国昌

杜玉军

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最后更新 2024-12-05
浏览 188
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通过离散化的方法给出卫星运动方程在一系列离散点上近似解的数值。

英文名称
numerical solution of motion equation
所属学科
测绘学

运动方程的数值解法又称为特殊摄动法。数值方法的基本思想均是从轨道状态的初始值组出发,取自变量一系列离散点,将微分问题按照数值微分、泰勒展开、数值积分等(测轨)方法离散化,并采用若干个右函数值通过内插、逼近等方法逐步求出离散点的解。

现有的数值方法有很多种,主要分为单步法和多步法。单步法指利用一个已知节点的解求解下一点解的方法。其优点是起步容易,即只要已知初值便可以计算任意节点上的数值解,同时易于改变长步或进行步长控制;缺点是每步需要计算多次右函数,效率较低。较有代表性的单步法有Runge-Kutta方法(RK方法)和Runge-Kutta-Fehlberg方法(RKF方法)。多步法指利用多个已知节点的解求出下一点解的方法。其优点是每步只需计算一次右函数,效率较高;缺点是无法自起步,即需要借助其他方法计算足够节点上的解才能开始计算,并且难以改变长步或进行步长控制。多步法主要有Adams方法、Cowell方法、Adams-Cowell方法(AC方法)、Krogh-Shampine-Gordon方法(KSG方法)等。另外,按被积函数(摄动函数)的形式,可分为Cowell法(不同于前文的Cowell方法)和Encke法;按照计算步长的变化可以分为定步长方法和变步长方法。

运用数值方法对运动方程求解是一种重要手段,其优点是计算公式简单、通用,而且计算过程是多次重复进行,所得结果具有很高精度;缺点是解算较为耗时,且由截断误差和舍入误差造成的计算误差会随时间累积。

  • 刘林,胡松杰,曹建峰,等.航天器定轨理论与应用.北京:电子工业出版社,2015.
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  • 郗晓宁,王威,高玉东.近地航天器轨道基础.北京:国防科技大学出版社,2003.
  • 杨嘉墀.航天器轨道动力学与控制.北京:宇航出版社,2001.
  • 郭金运,孔巧丽,常晓涛,等.低轨卫星精密定轨理论与方法.北京:测绘出版社,2014.

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