北美兩行元素及跟蹤預報角度分析應用

楊蕾　高玉紅　房帥　戰冬雪

摘 要：現衛星的軌道的兩行元素有兩種，第一是由國內發布的兩行元素軌道數據，第二是北美防空聯合司令部（NORAD）發布的兩行元素軌道數據。本文將對針對北美氣象衛星軌道兩行元素及計算后預報角度進行分析后應用到地面接收系統中。

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

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兩行元素軌道數據：

國內發布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據有很大不同，可知對衛星軌道的算法是不一樣的。但常規的數據如：衛星代碼、分類、發射年、歷元年、歷元時刻整數部分、第二平均運動的漂移、軌道模式、平均運動圈數整數部分都是相同。

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天衛星運行軌跡，地面接收站根據衛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星信號進行跟蹤。因北美和國內兩組兩行元素的算法是不一樣，其各有一套衛星跟蹤預報軟件，計算衛星跟蹤預報時間和角度文件。對北美和國內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容不同，再就內容格式、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容要比本站軟件計算的跟蹤預報角度的內容多兩項數值。

對北美和國內所計算預報時間和角度文件分析：

（1）時間統一，其地面接收系統都為UTC，衛星跟蹤軟件計算時需把計算機系統時間修改為UTC時間，這樣計算出來的預報時間才是可用的。注：衛星跟蹤軟件系統時間與地面接收系統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天線跟蹤衛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偏離衛星運行軌跡的跟蹤。

4.北美兩行元素的應用

利用北美防空聯合司令部（NORAD）發布的衛星兩行元素軌道數據作為依據，計算出來過境衛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星地面接收系統。經過我們地面站實際測試驗證：北美發布的衛星兩行元素可以滿足衛星地面接收系統跟蹤衛星所需的跟蹤軌道角度準確度和精度的要求。

第一，地面接收系統兩行元素數據所計算出來的跟蹤預報角度偏差時，可作為對比參考數據，排查跟蹤角度文件的準確性；第二，地面接收系統天線跟蹤出現異常時，兩者可作為對比參考數據來驗證跟蹤預報角度是否影響天線跟蹤問題；第三，當國內提供兩行元素數據時，網絡傳輸延時或故障、錯誤等兩行元素未及時更新提供了保障，確保衛星軌道任務的接收。隨著衛星地面接收系統的發展，接收任務成倍增長，衛星接收設備不斷增多，老設備不斷老化未能得到更新、新老設備兼容等等一系列問題，導致接收衛星時故障頻發，影響衛星數據接收。在兩行元素及跟蹤預報角度這一系統環節中可使用北美兩行元素作為地面接收系統衛星跟蹤角度文件的備份，為地面接收系統業務提供良好的保障。

結語

對北美兩行元素及計算后得到跟蹤預報角度數據的進行對比分析測試，完全可以應用到衛星地面接收系統中使用，為地面接收系統中兩行元素及跟蹤預報軟件出現故障時，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的可靠性與穩定性，確保衛星數據資料準確無誤的接收，在今后的中小衛星地面接收站可進行推廣使用。

參考文獻

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