Starlink卫星动力学系统仿真建模前传1-时空系统介绍

1 时空系统

在轨道动力学计算中，涉及到卫星相对于地球、地球相对于太阳等多个相对运动关系，以及由于天体运动的不均匀性带来的日常惯用历法系统和标准时间的概念，会涉及到多个时间表示及其相互转换。
为了描述航天器在空间的位置、速度和姿态，必须确定作为参考的坐标系，且所描述的量不同所选取的坐标系也有所不同。通常所说的坐标系根据三个正交的单位矢量定义，也叫笛卡尔坐标系，并满足右手定则所定义的直角坐标系。在不同的应用场合应根据需要选择不同的坐标系以简化计算分析过程。本章主要介绍建模过程中涉及到的时间和空间坐标系系统。

1.1 时间系统

时间是物质运动过程的持续性和顺序性的表现，是物质存在的基础形式之一，描述物体的运动离不开时间。对于在轨道上运动的航天器由于速度接近第一宇宙速度，为了获取准确的位置信息对时间的精度要求极高，为了准确描述航天器的运动规律，本节对卫星仿真建模中用到的各种时间系统进行介绍。

1.1.1 恒星时

恒星时以地球真正的自转为基础。一个恒星日为春分点相继经过同一个本地子午圈的时间，为23时56分4.09秒。格林尼治恒星时是春分点相对于格林尼治子午圈的时角，当春分点经过格林尼治子午圈，即为格林尼治恒星时的零时。
春分点在惯性空间中随岁差和章动不断移动，考虑到岁差和章动运动影响的实际春分点称为真春分点，对应的恒星时称为真恒星时(GAST)；只考虑岁差运动的春分点称为平春分点，对应的恒星时称为平恒星时(GMST)。恒星时以角度为单位即恒星时角，主要用于计算世界时和地固系与惯性系之间的转换，后面章节会有详细介绍。