● 摘要
航天科技等技术的发展推动了测绘卫星的发展，高分辨率对地观测系统成为获取地球信息尤其重要渠道。一系列高分辨率遥感卫星相继发射分辨率不断提高，科学技术的发展和人类需求的不断增长对测绘卫星提出越来越多的要求，这就要求航天工作者能够设计出最大限度地满足实际任务需求的测绘卫星。本文主要工作是全球测绘卫星的任务分析与轨道设计。
全球测绘要求卫星能够在任务飞行期间对地球实现精密的全球覆盖，然而地球是一个不规则的扁球体，全球精密覆盖轨道设计离不开高精度重力场模型和高精度轨道动力学模型。首先，本文进行全球测绘卫星的需求和任务分析，然后考虑地球进动、天体章动和极移的高精度地球重力场模型，建立高精度卫星轨道动力学模型；在测绘卫星的任务轨道高度处，卫星主要受到地球引力和复杂飞行环境（如大气阻力摄动，太阳光压等）的影响，本文只考虑在地球非球形重力场模型下航天器的轨道设计与优化问题。基于本论文建立的高精度地球引力场模型，本文设计了具有特定回归特性的回归轨道，为了实现精确回归，本论文推导出始末星下点距离关于初始轨道根数的关系式，并结合微分修正法对轨道的初始轨道根数进行优化与修正，得到了使得卫星运行一周期始末星下点最小的最优轨道初值；为了与微分修正算法做比较，本文选择遗传算法进行卫星初始轨道根数的优化，重点详细介绍了初始轨道半长轴的设计与优化，得到了回归特性最优的初始半长轴。在轨道任务的约束下会首先确定回归轨道的交点周期或者半长轴，这就要求能够比较精确的确定轨道半长轴或者交点周期，但是传统的基于J2摄动的方法确定的半长轴（或交点周期）往往精确度不高，本论文基于所建立的高精度重力场模型，提出了一种半长轴和交点周期互算的发放，计算结果与实际在轨数据比较证明本论文提出的方法可以达到很高的精度，对航天器的轨道设计阶段具有特别重要的科学研究意义。
在J2、J3项等摄动的地球引力场作用下，冻结轨道的近地点幅角不发生摄动，而在实际的高阶地球非球形引力场的作用下冻结轨道不再冻结，它会发生周期性摄动。本论文基于所建立的高精度重力场模型，研究了地球带谐项对冻结轨道的影响，并且根据冻结轨道的偏心率和近地点幅角之间的特殊关系，设计得到了回归轨道最优偏心率值。