北美兩行元素及跟蹤預報角度分析應(yīng)用

楊蕾　高玉紅　房帥　戰(zhàn)冬雪

摘 要：現(xiàn)衛(wèi)星的軌道的兩行元素有兩種，第一是由國內(nèi)發(fā)布的兩行元素軌道數(shù)據(jù)，第二是北美防空聯(lián)合司令部（NORAD）發(fā)布的兩行元素軌道數(shù)據(jù)。本文將對針對北美氣象衛(wèi)星軌道兩行元素及計算后預報角度進行分析后應(yīng)用到地面接收系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星軌道；兩行元素；跟蹤預報角度

中圖分類號：O658 文獻標識碼：A

由美國Celestrak發(fā)明并創(chuàng)立的衛(wèi)星星歷即兩行軌道數(shù)據(jù)（two-line orbital element）的格式和含義，衛(wèi)星星歷是測量衛(wèi)星、跟蹤衛(wèi)星、定位衛(wèi)星的根本要素，從衛(wèi)星星歷中，我們可獲知衛(wèi)星的信息。這種兩行元素軌道預報中，優(yōu)點是衛(wèi)星軌道參數(shù)較少，不足是精確度偏低，但是對于中小衛(wèi)星接收地面站來說，這種預報的精確度已經(jīng)足夠了。通過衛(wèi)星跟蹤軟件輸入本地經(jīng)緯度對兩行元素進行計算，即可得出衛(wèi)星的跟蹤預報時間和角度文件，從而天線可準確跟蹤衛(wèi)星并接收其下發(fā)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料。

1.兩行元素對比

中美兩行元素軌道報的對比，例如：2015年9月27日FY-3A兩行元素軌道數(shù)據(jù)：

國內(nèi)發(fā)布FY3A：

1 32958U 08032A 15270.02936538 .00000042 00000-0 39837-4 0 9998

2 32958 98.4929 316.4696 0009006 306.3479 53.6946 14.19587392380070

北美發(fā)布FENGYUN 3A：

1 32958U 08026A 15270.09985072 .00000012 00000-0 25631-4 0 9992

2 32958 98.4913 316.5346 0009215 310.3057 49.7345 14.19576915380086

由此可以看出，中美同一天的兩行元素中數(shù)據(jù)有很大不同，可知對衛(wèi)星軌道的算法是不一樣的。但常規(guī)的數(shù)據(jù)如：衛(wèi)星代碼、分類、發(fā)射年、歷元年、歷元時刻整數(shù)部分、第二平均運動的漂移、軌道模式、平均運動圈數(shù)整數(shù)部分都是相同。

2.兩行元素計算跟蹤預報時間和角度文件

兩行元素可以知道當天及未來3天衛(wèi)星運行軌跡，地面接收站根據(jù)衛(wèi)星運行軌跡計算出天線在該位置需要什么角度開始捕捉衛(wèi)星信號進行跟蹤。因北美和國內(nèi)兩組兩行元素的算法是不一樣，其各有一套衛(wèi)星跟蹤預報軟件，計算衛(wèi)星跟蹤預報時間和角度文件。對北美和國內(nèi)兩行元素所計算出來的跟蹤預報時間和角度文件進行對比：

A.本站跟蹤軟件計算出2015年10月15日中12：00：24（UTC）這一軌跟蹤預報角度的文件，其結(jié)果如圖1所示。

每一行分別代表“年.月.日 時 分 秒 測量系俯仰 測量系方位”。

B.北美衛(wèi)星跟蹤軟件所計算，2015年10月15日中12：00：25（UTC）這一軌跟蹤預報角度的文件，其結(jié)果如圖2所示。

每一行分別代表“年 月 日 時 分 秒 大地系方位 大地系俯仰 測量系方位 測量系俯仰”。上面兩組兩行元素所計算出來的跟蹤預報角度文件，由此可見兩種衛(wèi)星跟蹤軟件所計算出的文件名、文件類型不同；預報跟蹤角度文件內(nèi)容不同，再就內(nèi)容格式、角度值有效位都不同。其北美所計算出跟蹤預報角度文件內(nèi)容要比本站軟件計算的跟蹤預報角度的內(nèi)容多兩項數(shù)值。

對北美和國內(nèi)所計算預報時間和角度文件分析：

（1）時間統(tǒng)一，其地面接收系統(tǒng)都為UTC，衛(wèi)星跟蹤軟件計算時需把計算機系統(tǒng)時間修改為UTC時間，這樣計算出來的預報時間才是可用的。注：衛(wèi)星跟蹤軟件系統(tǒng)時間與地面接收系統(tǒng)時間如存在時間誤差，其計算出的預報時間也存在誤差。

（2）角度精確度，衛(wèi)星跟蹤軟件計算后得到預報跟蹤角度精確度不一致，這些角度的精度可以根據(jù)天線跟蹤衛(wèi)星的需求來選擇不用的跟蹤預報角度精確度。

（3）參考系，對于參考系的選擇很重要，不用的參考系所計算出來的預報角度是不一樣的。即使兩行元素再準確，參考系選擇錯誤會導致地面接收系統(tǒng)偏離衛(wèi)星運行軌跡的跟蹤。

4.北美兩行元素的應(yīng)用

利用北美防空聯(lián)合司令部（NORAD）發(fā)布的衛(wèi)星兩行元素軌道數(shù)據(jù)作為依據(jù)，計算出來過境衛(wèi)星軌道接收時間和軌道跟蹤預報角度文件，對兩行元素進行計算、處理、獲取最后跟蹤預報角度文件，然后把這些文件提供給衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)。經(jīng)過我們地面站實際測試驗證：北美發(fā)布的衛(wèi)星兩行元素可以滿足衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)跟蹤衛(wèi)星所需的跟蹤軌道角度準確度和精度的要求。

第一，地面接收系統(tǒng)兩行元素數(shù)據(jù)所計算出來的跟蹤預報角度偏差時，可作為對比參考數(shù)據(jù)，排查跟蹤角度文件的準確性；第二，地面接收系統(tǒng)天線跟蹤出現(xiàn)異常時，兩者可作為對比參考數(shù)據(jù)來驗證跟蹤預報角度是否影響天線跟蹤問題；第三，當國內(nèi)提供兩行元素數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡(luò)傳輸延時或故障、錯誤等兩行元素未及時更新提供了保障，確保衛(wèi)星軌道任務(wù)的接收。隨著衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)的發(fā)展，接收任務(wù)成倍增長，衛(wèi)星接收設(shè)備不斷增多，老設(shè)備不斷老化未能得到更新、新老設(shè)備兼容等等一系列問題，導致接收衛(wèi)星時故障頻發(fā)，影響衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收。在兩行元素及跟蹤預報角度這一系統(tǒng)環(huán)節(jié)中可使用北美兩行元素作為地面接收系統(tǒng)衛(wèi)星跟蹤角度文件的備份，為地面接收系統(tǒng)業(yè)務(wù)提供良好的保障。

結(jié)語

對北美兩行元素及計算后得到跟蹤預報角度數(shù)據(jù)的進行對比分析測試，完全可以應(yīng)用到衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)中使用，為地面接收系統(tǒng)中兩行元素及跟蹤預報軟件出現(xiàn)故障時，可及時提供有效的跟蹤預報角度文件，增強了地面接收系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，確保衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料準確無誤的接收，在今后的中小衛(wèi)星地面接收站可進行推廣使用。

參考文獻

[1]謝靜波.用衛(wèi)星軌道報計算衛(wèi)星軌道的方法[J].無線電技術(shù)，2003（1）：66-68.endprint