<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xml:lang="en" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">DEDT</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">DEDT</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">DEDT</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Digital Engineering and Digital Twin</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">0000-0000</issn>
<issn pub-type="ppub">0000-0000</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">44210</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/dedt.2023.044210</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>An Adaptive Parallel Feedback-Accelerated Picard Iteration Method for Simulating Orbit Propagation</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">An Adaptive Parallel Feedback-Accelerated Picard Iteration Method for Simulating Orbit Propagation</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">An Adaptive Parallel Feedback-Accelerated Picard Iteration Method for Simulating Orbit Propagation</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib id="author-1" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Wang</surname><given-names>Changtao</given-names>
</name></contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Dai</surname><given-names>Honghua</given-names>
</name><email>hhdai@nwpu.edu.cn</email></contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Yang</surname><given-names>Wenchuan</given-names>
</name></contrib>
<aff>
<institution>School of Astronautics, Northwestern Polytechnical University</institution>, <addr-line>Xi&#x2019;an, 710072</addr-line>, <country>China</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Honghua Dai. Email: <email>hhdai@nwpu.edu.cn</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date date-type="collection" publication-format="electronic">
<year>2023</year></pub-date>
<pub-date date-type="pub" publication-format="electronic">
<day>28</day>
<month>12</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>1</volume>
<issue>0</issue>
<fpage>3</fpage>
<lpage>13</lpage>
<history>
<date date-type="received">
<day>24</day>
<month>7</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>10</day>
<month>11</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2023 Wang, Dai and Yang</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Wang, Dai and Yang</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_DEDT_44210.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>A novel Adaptive Parallel Feedback-Accelerated Picard Iteration (AP-FAPI) method is proposed to meet the requirements of various aerospace missions for fast and accurate orbit propagation. The Parallel Feedback-Accelerated Picard Iteration (P-FAPI) method is an advanced iterative collocation method. With large-step computing and parallel acceleration, the P-FAPI method outperforms the traditional finite-difference-based methods, which require small-step and serial integration to ensure accuracy. Although efficient and accurate, the P-FAPI method suffers extensive trials in tuning method parameters, strongly influencing its performance. To overcome this problem, we propose the AP-FAPI method based on the relationship between the parameters and the convergence speed leveraging parallel technology. The proposed method ensures the best possible efficiency in prescribed accuracy. Three typical orbit propagation problems are illustrated to validate the high performance of the proposed method. Numerical simulations show that the AP-FAPI method is more accurate and efficient than the finite-difference-based and the P-FAPI methods.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Numerical integration method</kwd>
<kwd>adaptive method</kwd>
<kwd>orbit propagation</kwd>
<kwd>parallel computing</kwd>
</kwd-group>
<funding-group>
<award-group id="awg1">
<funding-source>National Key Research and Development Program of China</funding-source>
<award-id>2021YFA0717100</award-id>
</award-group>
<award-group id="awg2">
<funding-source>National Natural Science Foundation of China</funding-source>
<award-id>12072270</award-id>
<award-id>U2013206</award-id>
</award-group>
</funding-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>In recent years, the complexity of aerospace missions has grown, leading to an urgent need for precise and real-time orbit computing. For instance, it is crucial to obtain accurate long-term orbit propagation results in spacecraft on-orbit service operations [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>]; meanwhile, the real-time computation of spacecraft position is vital in guidance navigation [<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>] and formation flying tasks [<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>]. These missions all require fast and accurate methods for solving orbit propagation problems.</p>
<p>Unfortunately, the traditional numerical methods based on finite difference method fail to meet the demand for high accuracy and high efficiency simultaneously because they rely on small integration steps to ensure accuracy [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>]. To overcome this challenge, scholars have proposed a family of iterative collocation methods without the limitation of small integration steps, such as the Modified Chebyshev-Picard Iteration method and the Feedback-Accelerated Picard Iteration method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>]. These methods approach the real solution by correcting the approximated solution iteratively and simplify integration operations using the idea of discretization, which has been applied extensively in aerospace missions such as orbit propagation, Lambert&#x2019;s problem and so on [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>]. Some excellent latest research for iterative collocation methods have been developed, such as the new balanced space-time Sinc-collocation method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>] and the error analysis of the Orthogonal Spline Collocation (OSC) method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>], which contributes effective method and improves the theoretical foundation. Moreover, these methods exhibit scalability to be parallel accelerated [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>]. The Parallel Feedback-Accelerated Picard Iteration (P-FAPI) method is a representative parallel iterative collocation method that can quickly obtain highly accurate solutions to orbit propagation problems. However, improper method parameters will reduce the efficiency and accuracy of the P-FAPI method. While some adaptive methods exist for iterative collocation methods [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>], there is a lack of adaptive methods utilizing parallel technology for parallel iterative collocation methods.</p>
<p>In this paper, we propose a new Adaptive Parallel Feedback-Accelerated Picard Iteration (AP-FAPI) method, which refines the method parameters of the P-FAPI method to maximize efficiency while ensuring accuracy. To achieve the highest possible efficiency, we define the method&#x2019;s computation speed and optimize it according to the relationship between the step size and the convergence speed represented by the iteration count. More importantly, we can efficiently obtain a series of iteration counts with parallel technology. To ensure the desired accuracy, we terminate prematurely in case of an excessive iteration count or significant computational error and consider the current iteration non-convergent.</p>
<p>This paper is organized as follows. In <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>, we introduce the theory of the P-FAPI. In <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>, we propose the Adaptive Parallel Feedback-Accelerated Picard Iteration method. In <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, we illustrate three orbit propagation cases to verify the high performance of the AP-FAPI method. Finally, we present our conclusions in <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title>Parallel Feedback-Accelerated Picard Iteration Method</title>
<p>The orbit propagation problems are often described as the nonlinear ordinary differential equation. The Parallel Feedback-Accelerated Picard Iteration (P-FAPI) method is an advanced iterative collocation method for solving these problems, which combines the variational iteration method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>] with the collocation method. The P-FAPI method can approach the real solution in large steps with parallel acceleration. This section introduces the P-FAPI method by solving the general first-order nonlinear differential equation as follows:
<disp-formula id="eqn-1">
<label>(1)</label>
<mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is a <italic>D</italic>-dimensional vector and <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the <italic>d</italic>-th component of <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Here, we set <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>In the variational iterative method, the solution will converge iteratively to the real solution with an initial guess <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the following corrective iterative formula:
<disp-formula id="eqn-2">
<label>(2)</label>
<mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a generalized Lagrange multiplier to be determined. Based on the variational principle, we obtain the first-order Taylor series expansion of <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at the point of <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>:
<disp-formula id="eqn-3">
<label>(3)</label>
<mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a unit matrix and <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="negativethinmathspace" /><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">Eq. (3)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">Eq. (2)</xref> and abbreviating <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we have
<disp-formula id="eqn-4">
<label>(4)</label>
<mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:math></disp-formula></p>
<p>Then the linear combination of <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> Chebyshev orthogonal basis functions is used to approximate each element of <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:math></inline-formula>:
<disp-formula id="eqn-5">
<label>(5)</label>
<mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> are the coefficient vectors of the basis function, <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the vector of the Chebyshev basis function.</p>
<p>Next, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">Eq. (5)</xref> is discretized by the collocation method. Here Chebyshev-Gauss-Lobatto (CGL) nodes are chosen as the collocation points, which are defined as
<disp-formula id="eqn-6">
<label>(6)</label>
<mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></disp-formula>where the number of collocation points <italic>M</italic> is usually selected as <italic>N</italic>&#x002B;1, the same as the number of Chebyshev orthogonal basis functions. After discretizing, we have
<disp-formula id="eqn-7">
<label>(7)</label>
<mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>and
<disp-formula id="eqn-8">
<label>(8)</label>
<mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula></p>
<p>By substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">Eqs. (7)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">(8)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">Eq. (4)</xref>, an iterative formula in matrix form is derived as follows:
<disp-formula id="eqn-9">
<label>(9)</label>
<mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd /><mml:mtd /></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mo>&#x22F1;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd /></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-10">
<label>(10)</label>
<mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2026;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2026;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2026;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2026;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22F1;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22F1;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2026;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2026;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22F1;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22F1;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2026;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2026;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width=".5em" /><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The details of <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:math></inline-formula> are provided in <xref ref-type="app" rid="app-1">Appendix A</xref>. Then the flowchart of the P-FAPI method is obtained as <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>.</p>
<fig id="fig-1">
<label>Figure 1</label>
<caption>
<title>Flowchart of the P-FAPI method</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="DEDT_44210-fig-1.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title>Adaptive Parallel Feedback-Accelerated Picard Iteration Method</title>
<p>The performance of the P-FAPI method is heavily affected by the parameters, such as the number of collocations and step size. Excessive collocation points and small steps decrease the method&#x2019;s efficiency, whereas few collocation points and large steps compromise accuracy. In other words, the mismatch between the number of collocation points and step size will reduce performance. To achieve the highest possible efficiency while meeting accuracy requirements, we propose the Adaptive Parallel Feedback-Accelerated Picard Iteration (AP-FAPI) method by adjusting the step size to match the number of collocation points with inspiration from the finite volume scheme [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>]. The adjustment principle of step size is presented as follows.</p>
<p>To characterize the efficiency of the P-FAPI method, we define the computation speed as follows:
<disp-formula id="eqn-11">
<label>(11)</label>
<mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> denote the iteration count, the computational time of one iteration, and the step size, respectively. <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is determined by the number of collocation points <italic>M</italic>, and <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is associated with <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <italic>M</italic>.</p>
<p>In the P-FAPI method, the number of collocation points is usually determined according to the compute architecture, meaning <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is considered a constant. Under this premise, we maximize the equivalent step size for unit iteration <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-11">Eq. (11)</xref> by adjusting the step size to improve the computation speed as much as possible, where the iteration count <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is recorded during the computation process. With CUDA stream technology [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>], one computing process can obtain a group of iteration counts, dramatically increasing the method&#x2019;s efficiency. The process of the AP-FAPI method is illustrated as follows and shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>.</p>
<fig id="fig-2">
<label>Figure 2</label>
<caption>
<title>Flowchart of the AP-FAPI method</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="DEDT_44210-fig-2.tif"/>
</fig>
<p><list list-type="simple">
<list-item><label>1.</label><p>Generate a group containing <italic>S</italic> steps by the initial step size <italic>dt</italic> as follows:
<disp-formula id="eqn-12">
<label>(12)</label>
<mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula></p>
</list-item>
<list-item><label>2.</label><p>Launch <italic>S</italic> CUDA streams for calculation of the P-FAPI method with step in <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> as the parameter.</p></list-item>
<list-item><label>3.</label><p>Without loss of generality, we can assume that there are <italic>K</italic> converged calculations in the above CUDA streams and their iteration counts are <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, respectively, where <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
<list-item><label>4.</label><p>When <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, set step size as <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and recalculate within this interval. Otherwise, record the <italic>K</italic>-th CUDA stream&#x2019;s result, compute the next interval, and determine its step size based on the following formula:</p></list-item>
</list>
<disp-formula id="eqn-13">
<label>(13)</label>
<mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo> <mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow> </mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x2009;&#x2009;&#x2009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo> <mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow> <mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>To further ensure the accuracy of the P-FAPI method, we defined the maximum iteration count <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the maximum iteration error <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. During the iterative process, if the iteration count exceeds the maximum iteration count or the iteration error exceeds the maximum iteration error, the iteration is considered non-convergent.</p>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title>Numerical Simulation</title>
<p>In this section, the high performance of the AP-FAPI method is validated in three typical orbit propagation problems based on the 40th-order EGM: a Low Earth Orbit (LEO) propagation problem, a Highly Elliptical Orbit (HEO) problem, and a Geostationary Earth Orbit (GEO) propagation problem. Their initial parameters and intervals are shown in <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref>, and the schematic diagram is shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>.</p>
<table-wrap id="table-1">
<label>Table 1</label>
<caption>
<title>Initial parameters and intervals of different orbits</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Type of orbit</th>
<th><inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>/m</th>
<th><inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>/(m&#x00B7;s<sup>-1</sup>)</th>
<th><inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>/<inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>LEO</td>
<td><inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.3889</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>7.7388</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0.6736</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3.5794</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>6.1997</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td>HEO</td>
<td><inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>4.0500</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>7.0148</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>9.1464</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td>GEO</td>
<td><inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>4.2164</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>3.0747</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap><fig id="fig-3">
<label>Figure 3</label>
<caption>
<title>Illustration of LEO, HEO and GEO</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="DEDT_44210-fig-3.tif"/>
</fig>
<p>The numerical simulation is carried out in Microsoft Visual Studio 2019, using a computer with the Intel 9 12900K CPU and NVIDIA Quadro P1000 GPU. The performance of the AP-FAPI method is compared with that of the P-FAPI method and ODE45, the implementation of DP5(4) in MATLAB. Their parameters are shown in <xref ref-type="table" rid="table-2">Tables 2</xref> and <xref ref-type="table" rid="table-3">3</xref>.</p>
<table-wrap id="table-2">
<label>Table 2</label>
<caption>
<title>Parameters of the P-FAPI method and the AP-FAPI method in different orbits</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Type of orbit</th>
<th>Method</th>
<th><italic>M</italic></th>
<th><inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>m</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td rowspan="2">LEO</td>
<td>P-FAPI</td>
<td rowspan="2">64</td>
<td rowspan="2">200</td>
<td rowspan="2"><inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td colspan="3">&#x2013;</td>
</tr>
<tr>
<td>AP-FAPI</td>
<td>40</td>
<td><inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2">HEO</td>
<td>P-FAPI</td>
<td rowspan="2">64</td>
<td rowspan="2">500</td>
<td rowspan="2"><inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td colspan="3">&#x2013;</td>
</tr>
<tr>
<td>AP-FAPI</td>
<td>40</td>
<td><inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2">GEO</td>
<td>P-FAPI</td>
<td rowspan="2">64</td>
<td rowspan="2">2250</td>
<td rowspan="2"><inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td colspan="3">&#x2013;</td>
</tr>
<tr>
<td>AP-FAPI</td>
<td>40</td>
<td><inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap><table-wrap id="table-3">
<label>Table 3</label>
<caption>
<title>Parameters of ODE45 in different orbits</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Type of orbit</th>
<th>Relative error</th>
<th>Absolute error</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>LEO</td>
<td rowspan="3"><inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td rowspan="3"><inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td>HEO</td>
</tr>
<tr>
<td>GEO</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The positional errors of different methods are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref> (The reference solutions are obtained by ODE45 with the highest accuracy). The computational times and iteration counts of different methods are shown in <xref ref-type="table" rid="table-4">Table 4</xref>. The iteration counts and generated step sizes in the AP-FAPI method are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref>.</p>
<fig id="fig-4">
<label>Figure 4</label>
<caption>
<title>Positional errors of different methods</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="DEDT_44210-fig-4.tif"/>
</fig><table-wrap id="table-4">
<label>Table 4</label>
<caption>
<title>Computational times and iteration counts of different methods</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th colspan="2">Type of orbits</th>
<th>ODE45</th>
<th>P-FAPI</th>
<th>AP-FAPI</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td rowspan="2">LEO</td>
<td>Computational time</td>
<td>73.40 s</td>
<td>26.43 s</td>
<td>11.68 s</td>
</tr>
<tr>
<td>Iteration count</td>
<td>&#x2013;</td>
<td>2400</td>
<td>1012</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2">HEO</td>
<td>Computational time</td>
<td>104.34 s</td>
<td>53.85 s</td>
<td>22.07 s</td>
</tr>
<tr>
<td>Iteration count</td>
<td>&#x2013;</td>
<td>4743</td>
<td>1627</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="2">GEO</td>
<td>Computational time</td>
<td>68.42 s</td>
<td>26.43 s</td>
<td>11.03 s</td>
</tr>
<tr>
<td>Iteration count</td>
<td>&#x2013;</td>
<td>2400</td>
<td>499</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap><fig id="fig-5">
<label>Figure 5</label>
<caption>
<title>Iteration counts and generated step sizes in the AP-FAPI method</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="DEDT_44210-fig-5.tif"/>
</fig>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref>, the results in three illustrative examples demonstrate that the P-FAPI method attains approximately one order of magnitude higher accuracy compared to ODE45, while the AP-FAPI method achieves approximately two orders of magnitude higher accuracy. The results in <xref ref-type="table" rid="table-4">Table 4</xref> indicate that the P-FAPI method is at least twice as fast as ODE45, and the AP-FAPI method is at least four times faster than ODE45. <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref> demonstrates that in LEO and GEO propagation problems, the step size rapidly adjusts to an optimal value after a few iterations and remains consistent throughout the subsequent computations. In contrast, in HEO propagation problems, the step size varies frequently throughout the calculation process. This aligns with the fact that the LEO and GEO curves are flat, whereas the HEO curves exhibit a steep.</p>
<p>Overall, the results from the three simulations confirm that the AP-FAPI method with optimized parameters achieves greater accuracy and efficiency when compared to ODE45 and the P-FAPI method.</p>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title>Conclusion</title>
<p>We proposed a novel adaptive parallel feedback accelerated Picard iteration method by refining the parameter during calculation. A mismatch between the parameters of the P-FAPI method, namely the number of collocation points and step size, will result in reduced performance. The proposed method could optimize efficiency while meeting the expected accuracy. It dynamically adjusts the step size to align with the number of collocation points based on the relationship between the step size and convergence represented by the iteration count. The high performance of the proposed method is verified in solving three typical orbit propagation problems. Numerical simulations show that the AP-FAPI method is at least four times faster than ODE45 and twice as fast as the P-FAPI method. It is also the most accurate method, yielding two orders of magnitude higher accuracy than ODE45 and one order higher than the P-FAPI method. The proposed method can be applied to solve various nonlinear dynamic problems efficiently and accurately. Future research can focus on the application of the AP-FAPI method in more complicated systems to explore its efficiency [<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>].</p>
</sec>
</body>
<back>
<glossary content-type="abbreviations" id="glossary-1">
<title>Nomenclature</title>
<def-list>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></term>
<def>
<p>System state and its <italic>d-</italic>th component</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></term>
<def>
<p>System state vector at CGL nodes and its <italic>d</italic>-th component</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></term>
<def>
<p>System dynamics and its <italic>d-</italic>th component</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:msub><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></term>
<def>
<p>System dynamics vector at CGL nodes and its <italic>d</italic>-th component</p>
</def>
</def-item>
<def-item>
<term><inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></term>
<def>
<p>Jacobian matrix and its (<italic>i</italic>,<italic>j</italic>) entry</p>
</def>
</def-item>
</def-list>
</glossary>
<ack>
<p>We would like to express our sincere appreciation for the exceptional contributions made by Professor Satya Atluri in the field of computational mechanics and engineering. On the occasion of Professor Satya Atluri&#x2019;s 80th birthday, we extend our warmest wishes for good health and continued success in his academic endeavors. Additionally, we gratefully acknowledge Professor Dai for his invaluable guidance and meticulous support throughout the preparation of this paper.</p>
</ack>
<sec><title>Funding Statement</title>
<p>This study was co-supported by the National Key Research and Development Program of China (No. 2021YFA0717100) and the National Natural Science Foundation of China (Nos. 12072270, U2013206).</p>
</sec>
<sec><title>Author Contributions</title>
<p>The authors confirm their contribution to the paper as follows: study conception and adaptive method design: C. Wang, H. Dai; test case design: C. Wang, W. Yang; analysis and interpretation of results: C. Wang, W. Yang; draft manuscript preparation: C. Wang, W. Yang; All authors reviewed the results and approved the final version of the manuscript.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability"><title>Availability of Data and Materials</title>
<p>The data used in this study are available upon request from the GitHub: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://github.com/CT-Wang/TSP-DEDT-data.git">https://github.com/CT-Wang/TSP-DEDT-data.git</ext-link>.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement"><title>Conflicts of Interest</title>
<p>The authors declare that they have no conflicts of interest to report regarding the present study.</p>
</sec>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>[1]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Deng</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Feng</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chang</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A survey of precision formation relative state measurement technology for distributed spacecraft</article-title>. <source>Aerospace</source><italic>,</italic> <volume>9</volume><italic>(</italic><issue>7</issue><italic>),</italic> <fpage>362</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Guan</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <source>Guidance navigation and control for chang&#x2019;E-5 powered descent</source>. <publisher-loc>Space</publisher-loc>: <publisher-name>Science &#x0026; Technology</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hu</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>The Tianwen-1 guidance, navigation, and control for mars entry, descent, and landing</article-title>. <source>Space: Science &#x0026; Technology</source><italic>,</italic> <volume>2021</volume><italic>,</italic> <fpage>9846185</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gao</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Model predictive control-based coupled orbit-attitude control for solar sail formation flying in the Earth-Moon system</article-title>. <source>Astrophysics and Space Science</source><italic>,</italic> <volume>368</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>47</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>5.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bandyopadhyay</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Foust</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Subramanian</surname>, <given-names>G. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chung</surname>, <given-names>S. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hadaegh</surname>, <given-names>F. Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Review of formation flying and constellation missions using nanosatellites</article-title>. <source>Journal of Spacecraft and Rockets</source><italic>,</italic> <volume>53</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>567</fpage>&#x2013;<lpage>578</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>6.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cheng</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <source>Numerical solutions of differential equations</source>. <publisher-loc>Shanghai, China</publisher-loc>: <publisher-name>Fudan University Press</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>7.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yue</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dai</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Atluri</surname>, <given-names>S. N.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Feedback-accelerated picard iteration for orbit propagation and lambert&#x2019;s problem</article-title>. <source>Journal of Guidance Control and Dynamics</source><italic>,</italic> <volume>40</volume><italic>(</italic><issue>10</issue><italic>),</italic> <fpage>2442</fpage>&#x2013;<lpage>2451</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ni</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Multistep newton-picard method for nonlinear differential equations</article-title>. <source>Journal of Guidance, Control, and Dynamics</source><italic>,</italic> <volume>43</volume><italic>(</italic><issue>11</issue><italic>),</italic> <fpage>2148</fpage>&#x2013;<lpage>2155</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bai</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Junkins</surname>, <given-names>J. L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Modified chebyshev-picard iteration methods for orbit propagation</article-title>. <source>The Journal of the Astronautical Sciences</source><italic>,</italic> <volume>58</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>583</fpage>&#x2013;<lpage>613</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>10.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Woollands</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Junkins</surname>, <given-names>J. L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Nonlinear differential equation solvers via adaptive picard-chebyshev iteration: Applications in astrodynamics</article-title>. <source>Journal of Guidance, Control, and Dynamics</source><italic>,</italic> <volume>42</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>1007</fpage>&#x2013;<lpage>1022</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>11.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bai</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Junkins</surname>, <given-names>J. L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Modified chebyshev-picard iteration methods for solution of boundary value problems</article-title>. <source>The Journal of the Astronautical Sciences</source><italic>,</italic> <volume>58</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>615</fpage>&#x2013;<lpage>642</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Feng</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yue</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A quasi-linear local variational iteration method for orbit transfer problems</article-title>. <source>Aerospace Science and Technology</source><italic>,</italic> <volume>119</volume><italic>,</italic> <fpage>107222</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>13.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Atluri</surname>, <given-names>S. N.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Combination of the variational iteration method and numerical algorithms for nonlinear problems</article-title>. <source>Applied Mathematical Modelling</source><italic>,</italic> <volume>79</volume><italic>,</italic> <fpage>243</fpage>&#x2013;<lpage>259</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>14.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Feng</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yue</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Decoupling and quasi-linearization methods for boundary value problems in relative orbital mechanics</article-title>. <source>Nonlinear Dynamics</source><italic>,</italic> <volume>111</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>199</fpage>&#x2013;<lpage>215</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>15.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>A space-time spectral order sinc-collocation method for the fourth-order nonlocal heat model arising in viscoelasticity</article-title>. <source>Applied Mathematics and Computation</source><italic>,</italic> <volume>457</volume><italic>,</italic> <fpage>128192</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tang</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>A robust error analysis of the OSC method for a multi-term fourth-order sub-diffusion equation</article-title>. <source>Computers &#x0026; Mathematics with Applications</source><italic>,</italic> <volume>109</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>180</fpage>&#x2013;<lpage>190</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="other"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bai</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title><italic>Modified Chebyshev-Picard iteration methods for solution of initial value and boundary value problems (Ph.D. Thesis)</italic>. Texas A&#x0026;M University, USA</article-title>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>18.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dai</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yue</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Parallel accelerated local variational iteration method and its application in orbit computation</article-title>. <source>Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>55</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>991</fpage>&#x2013;<lpage>1003</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>19.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Dai</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Feng</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Fast and accurate adaptive collocation iteration method for orbit dynamic problems</article-title>. <source>Chinese Journal of Aeronautics</source><italic>,</italic> <volume>36</volume><italic>(</italic><issue>9</issue><italic>),</italic> <fpage>231</fpage>&#x2013;<lpage>242</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Elgohary</surname>, <given-names>T. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tasif</surname>, <given-names>T. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Feng</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>An adaptive local variational iteration method for orbit propagation in astrodynamics problems</article-title>. <source>The Journal of the Astronautical Sciences</source><italic>,</italic> <volume>70</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>2</fpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>21.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>He</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Variational iteration method&#x2014;A kind of non-linear analytical technique: Some examples</article-title>. <source>International Journal of Non-Linear Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>34</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>699</fpage>&#x2013;<lpage>708</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>22.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yuan</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Simple positivity-preserving nonlinear finite volume scheme for subdiffusion equations on general non-conforming distorted meshes</article-title>. <source>Nonlinear Dynamics</source><italic>,</italic> <volume>108</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>3859</fpage>&#x2013;<lpage>3886</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>23.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yuan</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sheng</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>The finite volume scheme preserving maximum principle for two-dimensional time-fractional Fokker-Planck equations on distorted meshe</article-title>. <source>Applied Mathematics Letters</source><italic>,</italic> <volume>97</volume><italic>,</italic> <fpage>99</fpage>&#x2013;<lpage>106</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Cheng</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Grossman</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>McKercher</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <source>Professional CUDA C programming</source>. <publisher-loc>USA</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x0026; Sons</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>25.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>An efficient ADI difference scheme for the nonlocal evolution problem in three-dimensional space</article-title>. <source>Journal of Applied Mathematics and Computing</source><italic>,</italic> <volume>69</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>651</fpage>&#x2013;<lpage>674</lpage>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
<app-group>
<app id="app-1">
<title>Appendix A</title>
<p>In <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">Eq. (10)</xref>, the matrixes <inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the vector <inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are as follows:
<disp-formula id="eqn-A1">
<label>(A.1)</label>
<mml:math id="mml-eqn-A1" display="block"><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-A2">
<label>(A.2)</label>
<mml:math id="mml-eqn-A2" display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>dig</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2026;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-A3">
<label>(A.3)</label>
<mml:math id="mml-eqn-A3" display="block"><mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>dig</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo mathvariant="bold">=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-A4">
<label>(A.4)</label>
<mml:math id="mml-eqn-A4" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
</app>
</app-group>
</back></article>