基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法技术

本发明专利技术的基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法包括：对t时刻轨道坐标系下的两行根数进行相关处理，得到适用于J2000.0地心天球坐标系轨道预报动力学模型的卫星轨道根数初值，采用数值法求解轨道预报动力学模型，得到卫星轨道根数预报结果；所述相关处理包括对两行根数中的平运动角速度进行归算处理、在t时刻轨道坐标系下将平均根数转换成瞬时根数、将t时刻轨道坐标系下的瞬时根数转换成J2000.0地心天球坐标系下的瞬时根数。本发明专利技术的基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法预报精度高。

Long term orbit prediction method of LEO satellite based on the number of two lines

【技术实现步骤摘要】
基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法
本专利技术涉及卫星测控
，具体涉及一种基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法。
技术介绍
在轨卫星轨道预报中需要卫星的初始轨道根数。对于一般用户，很多情况下，很难获取精确的在轨卫星实时初始轨道根数。北美防空联合司令部(NorthAmericanAerospaceDefenseCommand，NORAD)定义的两行根数(Two-LineElement，TLE)，该轨道根数误差在几百米左右，在一定程度上可以满足轨道长期预报使用(3个月)，并且该轨道根数定期在网上公布，用户可以很方便地获取和使用。因此，该轨道根数(两行根数)成为在轨卫星轨道长期预报中的初始输入(即初始轨道根数)。由于历史原因，在空间目标监测领域，多年来也一直采用两行根数，目前彻底弃用该根数已不可能。鉴于这种状况，在实际轨道预报中，需要采取基于两行根数的轨道预报。许多便携式移动站为对卫星进行跟踪，需要对卫星进行轨道预报。对于单兵来说，需要便携式计算机来进行轨道预报。尽管目前STK中的SGP4可以使用两行根数来进行轨道预报，但是STK安装容量比较大，不具有灵活性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，预报精确。为了达到上述的目的，本专利技术提供一种基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，包括：对t时刻轨道坐标系下的两行根数进行相关处理，得到适用于J2000.0地心天球坐标系轨道预报动力学模型的卫星轨道根数初值，采用数值法求解轨道预报动力学模型，得到卫星轨道根数预报结果；所述相关处理包括对两行根数中的平运动角速度进行归算处理、在t时刻轨道坐标系下将平均根数转换成瞬时根数、将t时刻轨道坐标系下的瞬时根数转换成J2000.0地心天球坐标系下的瞬时根数。上述基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，其中，所述对两行根数中的平运动角速度进行归算处理，归算过程用到如下计算公式：其中，a1＝n0-2/J2为1.082636022e-3；n0为平均运动角速率；为平均轨道倾角；为平均轨道偏心率。上述基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，其中，所述在t时刻轨道坐标系下将平均根数转换成瞬时根数，转换关系有(这里只考虑一阶短周期项)：其中，为平均根数；σ(t)为瞬时根数；为一阶短周期项；一阶短周期项采用第一类无奇点根数。上述基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，其中，事先将各摄动源模型模块化，应用时根据具体情况选择轨道预报动力学模型所包含的摄动源模型，并根据具体情况设置选择的摄动源模型的摄动参数。上述基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，其中，轨道预报动力学模型只考虑地球非球形引力摄动和大气阻力摄动，且地球非球形引力模型位展开式只要取到4阶次。上述基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，其中，数值法为Runge-Kutta方法，采用RKF5(6)阶公式。上述基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，其中，所述卫星轨道根数预报结果包括J2000.0地心天球坐标系下卫星的轨道六根数、星下点经度和纬度、卫星相对地面站的方位角和俯仰角、卫星入境的UTC时间和卫星出境的UTC时间。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：本专利技术的基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，对TLE中的平运动角速度进行归算处理，将TLE平均根数转换成瞬时根数时一阶短周期项采用第一类无奇点根数，大大提高了轨道预报动力学模型求解精度，即预报精度；本专利技术的基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，轨道预报动力学模型只考虑地球非球形引力摄动和大气阻力摄动，且地球非球形引力模型位展开式只要取到4阶次，在保证精度要求下，大大减少运算量，提高预报效率；本专利技术的基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，数值法为Runge-Kutta方法，采用相对简单适用的RKF5(6)阶公式，既满足精度要求，运算量还小，提高预报效率；本专利技术的基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，事先将各摄动源模型模块化，且具有可视性界面，该方法运行平台既可以是PC机，也可以是IPad，方便携带，使用灵活。附图说明本专利技术的基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法由以下的实施例及附图给出。图1为本专利技术较佳实施例的基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法的流程图。图2为轨道预报动力学模型摄动参数设置示意图。图3为卫星轨道根数预报结果可视化界面示意图。具体实施方式以下将结合图1～图3对本专利技术的基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法作进一步的详细描述。先介绍两个空间坐标系——J2000.0地心天球坐标系和t时刻轨道坐标系。J2000.0地心天球坐标系，其坐标原点为地心，xy坐标面为J2000地心平赤道坐面，x坐标轴指向J2000平春分点方向；t时刻轨道坐标系，其坐标原点为地心，采用t时刻的真赤道面和t时刻的平春分点方向分别作为该坐标系的x′y′坐标面和x′轴方向，此即美国NORAD发布的TLE所采用的坐标系。t时刻轨道坐标系是一种混合坐标系，它为了简化地球引力位的变化(主要是自转轴的摆动引起)对地球卫星轨道的影响，在建立摄动分析解时，提出了一种混合形式的轨道坐标系O-x′y′z′，其坐标原点仍是地心，x′y′坐标面是t时刻的瞬时赤道面，而x′轴方向却是历元平春分点方向。为简单清楚起见，J2000.0地心天球坐标系和t时刻轨道坐标系中同一t时刻的空间位置矢量分别记为在坐标转换中，考虑到相应工作的历史延续现状，有关地球的岁差、章动等量的计算，仍采用IAU1980规范。本专利技术的基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，以两行根数为卫星轨道根数初值，采用数值法求解轨道预报动力学模型，得到卫星轨道根数预报结果。由于轨道预报动力学模型建立在J2000.0地心天球坐标系中，为利用t时刻轨道坐标系下的两行根数，需先对两行根数进行相关处理，所述相关处理包括对TLE中的平运动角速度进行归算处理、将TLE平均根数转换成瞬时根数、将t时刻轨道坐标系下的瞬时根数转换成J2000.0地心天球坐标系下的瞬时根数。图1所示为本专利技术较佳实施例的基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法的流程图。参见图1，本实施例的基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法包括以下步骤：1)输入卫星初始轨道参数、地面站数据、设定条件和固有输入文件如图1所示，所述卫星初始轨道参数即为NORAD公布的两行根数(TLE)；所述地面站数据为地面站位置参数，包括地面站的纬度、经度和海拔高度；所述设定条件包括天线仰角、轨道预报时间长度；所述固有输入文件包括地球引力场文件，地球岁差、章动文件，大气参数文件；其中，两行根数TLE采用t时刻轨道坐标系。2)对TLE中的平运动角速度进行归算处理两行根数(TLE)包含的参数有：轨道倾本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，其特征在于，包括：对t时刻轨道坐标系下的两行根数进行相关处理，得到适用于J2000.0地心天球坐标系轨道预报动力学模型的卫星轨道根数初值，采用数值法求解轨道预报动力学模型，得到卫星轨道根数预报结果；所述相关处理包括对两行根数中的平运动角速度进行归算处理、在t时刻轨道坐标系下将平均根数转换成瞬时根数、将t时刻轨道坐标系下的瞬时根数转换成J2000.0地心天球坐标系下的瞬时根数。/n

【技术特征摘要】
1.基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，其特征在于，包括：对t时刻轨道坐标系下的两行根数进行相关处理，得到适用于J2000.0地心天球坐标系轨道预报动力学模型的卫星轨道根数初值，采用数值法求解轨道预报动力学模型，得到卫星轨道根数预报结果；所述相关处理包括对两行根数中的平运动角速度进行归算处理、在t时刻轨道坐标系下将平均根数转换成瞬时根数、将t时刻轨道坐标系下的瞬时根数转换成J2000.0地心天球坐标系下的瞬时根数。


2.如权利要求1所示的基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，其特征在于，所述对两行根数中的平运动角速度进行归算处理，归算过程用到如下计算公式：



其中






a1＝n0-2/



J2为1.082636022e-3；n0为平均运动角速率；为平均轨道倾角；为平均轨道偏心率。


3.如权利要求2所示的基于两行根数的低轨卫星长期轨道预报方法，其特征在于，所述在t时刻轨道坐标系下将平均根数转换成瞬时根数，转换关系有...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑典循，林合同，吴玉清，
申请(专利权)人：上海航天电子有限公司，上海科学仪器厂有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31