衛星星系於氣象觀測之設計與研究

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姓名

張根榮(Ken-jung Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

衛星星系於氣象觀測之設計與研究
(The design and research of constellation in weather observation)

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摘要(中)

由於臺灣處於颱風路徑上，因此颱風常對台灣造成災害，而目前我國各氣象單位能接收到只有GMS系列衛星的氣象資料。我們希望在每個小時之內，有衛星通過會受颱風影響的區域上空，以執行氣象觀測任務，提供詳細之颱風位置、大小、移動方向等氣象資料。
本文在根據任務需求，分析衛星之任務特性，決定了衛星軌道類型為高度為八百公里、傾角為98.6度的太陽同步軌道；並由地球、CCD與衛星之幾何關係，計算及決定真實水平面及有效水平面；透過衛星軌道與地面軌跡的計算，及衛星星系的假設分析，統計計算出不同衛星星系通過有效水平面之平均間隙及最大間隙，並比較其覆赫觸v。而根據模擬的結果，要符合任務需求所須最少的衛星數目為16個及最佳的衛星星系分佈為16/16/2的Walker衛星星系模式，各衛星升交點經度差為22.5度，而相臨軌道衛星間之幅角差為45度。

摘要(英)

Taiwan is always on the pass way of typhoon, so typhoon always act natural disaster to Taiwan. Our weather station can only receive weather message from the GMS series satellite. We hope at least one satellite pass through Taiwan in an hour to execute weather observation mission, and provide more detail about typhoon.
Based on the mission demand, we analysis the characteristics of mission, decide the orbit type is sun-synchronous orbit with orbit height is 800 km and orbit inclination is 98.6 deg. According to the calculation of orbit and orbit tracking, geometry between satellite and Earth, and assumption of several types of constellation, we can gather statistics of time of satellite pass through effective horizon. Then we can get the maximum gap and mean gap of different constellation, and analysis the efficiency of coverage. The final submission, we can use 16 satellites with 16/16/2 walker constellation to accomplish our mission.

關鍵字(中)

★ 軌道
★ 衛星星系
★ 衛星

關鍵字(英)

★ orbit
★ constellation
★ satellite

論文目次

目錄
摘要
目錄
圖表目錄
符號說明
第一章緒論……………………………………………………………1
§ 1-1 衛星及各子系統簡介………………………………………2
§ 1-2氣象衛星之介紹……………………………………………2
§ 1-3 搭配CCD酬載之衛星發展…………………………………5
§ 1-4 研究動機與目的……………………………………………5
第二章衛星軌道與地面軌跡…………………………………………7
§ 2-1 二體運動及刻普勒定律……………………………………7
§ 2-2 軌道六元素…………………………………………………9
§ 2-3 衛星軌道攝動…………………………………………….10
§ 2-4 地面軌跡…………………………………………………14
第三章衛星星系之分析設計……………………………………….17
§ 3-1覆誘岔?活K……………………………………………..17
§ 3-2　衛星星系之參數與選取策略…………………………..19
§ 3-3 衛星星系設計之原則……………………………………19
§ 3-4 Walker衛星星系…………………………………………20
第四章衛星、CCD酬載與地球間之幾何關係……………………23
§ 4-1 CCD與地球之幾何關係…………………………………23
§ 4-2 目標與衛星間之幾何關係………………………………24
§4-3真實水平面及有效水平面……………………………….26
第五章衛星任務之設計與分析……………………………………29
§ 5-1軌道類型之決定………………………………………….29
§ 5-2 軌道與CCD酬載之關係………………………………….31
§ 5-3 真實水平面及有效水平面分析…………………………32
§ 5-4 衛星星系之設計………………………………………….33
§ 5-5　不同衛星星系之分析與決定……………………………35
第六章結論與未來之展望………………………………………….38
　　§ 6-1結論…………………………………………………………38
　　§ 6-2 未來之展望……………………………………………….39
參考文獻………………………………………………………………41

參考文獻

1. J. R. Wertz, Space Mission Analysis and Design, Kluwer Academic Publishers, 1991.
2. C. D. Brown, Space Mission Design, AIAA education series, 1992.
3. M. Sweeting, M. Fouquet, Earth Observation Using Low Cost Micro/Minisatellites, Acta Astronautica, Vol.39,No.9-12, pp.823-826.
4. E. Lansard, E. Frayssinhes, J. L. Palmade, Global Design of Satellite Constellations: A Multi-Criteria Performance Comparison of Classical Walker Patterns and new Design Patterns, Acta Astronautica Vol.42, No.9, pp.555-564.
5. F. J. Hale, Introduction To Space Flight, Prentice Hall, 1994.
6. J. G. Walker, Circular Orbit Patterns Providing Whole Earth Coverage, Royal Aircraft Establishment Technical Report No. 70211, Nov.
7. J. G. Walker, Continuous Whole-Earth Coverage by Circular-Orbit Satellite Pattern, Royal Aircraft Establishment Technical Report No. 77044.
8.Ｌ. C. Lee and C. Rocken, Applications of Constellation Observing System for Metrology, Ionosphere and Climate, ed. By R. Kursinski, Springer.
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10. V. A. Chobotov, Orbital Mechanics ,AIAA education series, 1991
11.吳岸明,”微衛星星系之規劃與應用”,科儀新知第二十三卷第一期.
12.洪祖昌、馬德明、蕭述三、李世榮、王文俊,”小(微)衛星總體設計與系統工程分析研究計畫”,NSC 86-2612-E-008-001,國科會專題研究報告,1997.
13.洪祖昌、馬德明、王文俊、莊堯棠、蕭述三、李世榮、林清一、董必正,” 小(微)衛星總體設計與系統工程分析研究計畫”,計畫編號NSC 87-2612-E-008-006,國科會專題研究報告,1998.
14.林宗憲,"被動式磁棒控制於微衛星TUU SAT-1姿態控制系統之應用與研究”, 碩士論文,中央大學機械系,1999.

指導教授

洪祖昌、莊漢東
(Zuu-Chang Hing、Han-tung Chuang)

審核日期

2002-6-11

推文