Design of mixed functional ephemeris characterization for GEO ring target orbit based on static ground properties
-
摘要: 地球同步轨道(GEO)卫星带是一类独具高空战略地位的轨道资源. 长期以来GEO带编目目标采用双行轨道根数(TLE)和简化常规/深空摄动4模型(SGP4/SDP4)进行通用轨道计算，但该解析算法存在外推精度受限、使用过程复杂、用户难以理解等缺点. 本文针对GEO的静地特性，结合经典开普勒根数和多项式-傅里叶级数设计了混合函数型参数星历模型，可用于高精度数值积分轨道的12~24 h轨位拟合和多组星历参数的同步发布，用户计算模型简单. 对三颗代表性GEO目标为期一年的星历参数拟合实验表明，1 d拟合均方根(RMS)均值优于20 m；当缩短拟合时长至12 h，拟合精度可优于0.15 m. 可为我国空间目标编目库的分级管理提供参考.
-
关键词:
- 地球同步轨道(GEO)卫星带 /
- 趋势项 /
- 周期项 /
- 傅里叶级数 /
- 星历
Abstract: The geostationary earth orbit (GEO) ring is a unique class of orbital resources with a strategic high altitude location. For a long time, the GEO ring cataloging target adopts two-line element and simplified general Perturbations-4 model TLE-SDP4 for generic orbit calculation, but this analytic algorithm has disadvantages such as limited extrapolation accuracy, complicated use process and difficult to understand by users. In this paper, we design a mixed functional parametric ephemeris model combining the classical Keplerian elements and polynomial-Fourier series for the GEO’s static ground characteristics, which can be used for 12~24 h orbit fitting and simultaneous release of parametric groups of high-precision numerical integration orbits, with a concise user calculation model. The 1-year ephemeris fitting experiments for three representative GEO targets show that the mean value of 1 day fitting root mean square (RMS) is better than 20 m. When the fitting length is shortened to 12 h, the fitting accuracy is better than 0.15 m. This can provide a reference for the hierarchical management of China’s space target cataloguing database.-
Key words:
- the geostationary ring /
- trend items /
- periodic term /
- Fourier series /
- ephemeris
-
表 1 8阶傅里叶级数的幅度值与累计占比
阶数 R T N 幅度值/km 累计占比/% 幅度值/km 累计占比/% 幅度值/km 累计占比/% 1 10.882 0 88.21 21.645 3 90.39 0.978 0 48.09 2 1.125 3 97.33 1.559 0 96.90 0.375 0 66.53 3 0.104 4 98.17 0.189 0 97.69 0.196 9 76.21 4 0.067 4 99.72 0.158 3 98.35 0.140 4 83.11 5 0.051 3 99.14 0.124 9 98.87 0.109 7 88.51 6 0.041 3 99.48 0.103 6 99.31 0.090 3 92.95 7 0.034 7 99.76 0.088 6 99.68 0.076 7 96.72 8 0.030 0 100.00 0.077 3 100.00 0.066 7 100.00 
下载: 导出CSV
表 2 GEO目标信息
目标名称 TLE编号 定点经度 轨道倾角 数据时长 数据来源 BDS-G8 44231 140°E 1.0° 2020年 精密星历 DSCS 2-2 05 588 130°W 6.6° 2021年 仿真生成 RADUGA 1-8 34264 116°W 8.2° 2021年 仿真生成
下载: 导出CSV
表 3 混合函数型参数拟合1天轨道残差RMS统计
m 目标
名称R T N 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 BDS-G8 3.30 8.23 0.74 4.71 12.29 0.90 3.73 9.04 0.09 DSCS
2-23.31 7.58 0.62 4.68 13.33 0.87 4.00 9.16 0.45 RADUGA
1-84.53 13.15 0.37 6.07 19.86 0.30 5.34 9.77 0.19
下载: 导出CSV
-
[1] IADC space debris mitigation guidelines[EB/OL]. (2021-02-01)[2022-10-14]. https://orbitaldebris.jsc.nasa.gov/library/iadc-space-debris-guidelines-revision-2.pdf. [2] 杜兰, 李晓杰, 王若璞. 基于同波束CEI的GEO共位卫星相对轨道监视[J]. 大地测量与地球动力学, 2012, 32(3): 50-54. DOI: 10.3969/j.issn.1671-5942.2012.03.010 [3] 廖瑛, 刘光明, 文援兰. 空间非合作目标被动跟踪技术与应用[M]. 北京: 国防工业出版社, 2015. [4] 刘薇. 基于空间编目数据库的数据分析和应用[D]. 湘潭: 湘潭大学, 2013. [5] 韦栋, 赵长印. SGP4/SDP4模型精度分析[J]. 天文学报, 2009, 50(3): 332-339. DOI: 10.3321/j.issn:0001-5245.2009.03.010 [6] 李彬. 空间碎片快速精密轨道确定与预报若干关键问题研究[D]. 武汉: 武汉大学, 2017. [7] SANG J Z, LI B, CHEN J Y, et al. Analytical representations of precise orbit predictions for earth orbiting space objects[J]. Advances in space research, 2017, 59(2): 698-714. DOI: 10.1016/j.asr.2016.10.031 [8] 李振昌. 基于卫星星历的BDS卫星轨道插值与拟合方法研究及精度分析[D]. 兰州: 兰州交通大学, 2019. [9] 王友存, 崔腾飞, 张涛. 基于切比雪夫多项式的LEO卫星轨道拟合与预报精度分析[J]. 煤炭技术, 2019, 38(6): 74-77. DOI: 10.13301/j.cnki.ct.2019.06.026 [10] 刘林, 胡松杰, 王歆. 航天动力学引论[M]. 南京: 南京大学出版社, 2006. [11] 刘林. 卫星轨道力学算法[M]. 南京: 南京大学出版社, 2019. [12] 苏朴. 地球静止轨道手册[M]. 北京: 国防工业出版社, 1999. [13] 杜兰, 周佩元, 方善传, 等. GNSS卫星地影的一体化建模方法和星蚀参数计算[J]. 测绘学报, 2016, 45(11): 1270-1277. DOI: 10.11947/j.AGCS.2016.20160063 [14] SETTY S J, CEFOLA P J, MONTENBRUCK O, et al. Application of semi-analytical satellite theory orbit propagator to orbit determination for space object catalog maintenance[J]. Advances in space research, 2016, 57(10): 2218-2233. DOI: 10.1016/j.asr.2016.02.028 -
点击查看大图
图(5) / 表(3)
计量
- 文章访问数: 107
- HTML全文浏览量: 30
- PDF下载量: 13
- 被引次数: 0
