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基于SGP4模型的空间站轨道精度分析

徐玲玲 赵航 宋静 陈书芃 潘志兵

徐玲玲, 赵航, 宋静, 陈书芃, 潘志兵. 基于SGP4模型的空间站轨道精度分析[J]. 全球定位系统, 2024, 49(2): 98-105. doi: 10.12265/j.gnss.2023194
引用本文: 徐玲玲, 赵航, 宋静, 陈书芃, 潘志兵. 基于SGP4模型的空间站轨道精度分析[J]. 全球定位系统, 2024, 49(2): 98-105. doi: 10.12265/j.gnss.2023194
XU Lingling, ZHAO Hang, SONG Jing, CHEN Shupeng, PAN Zhibing. Space station orbital accuracy analysis based on the SGP4 model[J]. GNSS World of China, 2024, 49(2): 98-105. doi: 10.12265/j.gnss.2023194
Citation: XU Lingling, ZHAO Hang, SONG Jing, CHEN Shupeng, PAN Zhibing. Space station orbital accuracy analysis based on the SGP4 model[J]. GNSS World of China, 2024, 49(2): 98-105. doi: 10.12265/j.gnss.2023194

基于SGP4模型的空间站轨道精度分析

doi: 10.12265/j.gnss.2023194
基金项目: 中国科学院技术支撑人才计划项目、国家自然科学基金(12273045)
详细信息
    作者简介:

    徐玲玲:(1985—),女,硕士,工程师,研究方向为卫星导航与通信技术. E-mail: xulingling@ntsc.ac.cn

    赵航:(1982—),男,硕士,高级工程师,研究方向为卫星导航与通信技术. E-mail: zhaohang@ntsc.ac.cn

    宋静:(1985—),女,硕士,工程师,研究方向为计算机与通信技术. E-mail: songjing@ntsc.ac.cn

    陈书芃:(1995—),男,工程师,研究方向为卫星信号分析与处理. E-mail: chenshupeng@ntsc.ac.cn

    潘志兵:(1990—),男,博士,助理研究员,研究方向为时间频率系统,空地时频传递技术. E-mail: panzhibing@ntsc.ac.cn

    通信作者:

    赵 航E-mail: zhaohang@ntsc.ac.cn

  • 中图分类号: P228.4

Space station orbital accuracy analysis based on the SGP4 model

  • 摘要: 针对在地面站天线对空间站观测任务中,通常基于卫星工具包(satellite tool kit,STK)软件规划出天线对空间站的方位角和俯仰角,实现天线对空间站的自动跟踪. 为了保证天线跟踪的准确性和可靠性,需要定期计算出准确的空间站轨道和天线的方位俯仰角,并更新规划任务. 因此科学分析与评估空间站两行轨道根数(two line elements,TLE)长期预报精度,对地面站实现空间站的精准跟踪具有重要意义. 本文以中国空间站(China Space Station,CSS)梦天实验舱为例,基于TLE数据,利用STK软件提供的简化常规摄动规模型(simplified general perturbations 4,SGP4)模型计算空间站轨道以及空间站相对于西安地面站的方位角和俯仰角,并分析不同策略下的精度效果. 试验结果表明:在第二天更新空间站的TLE,可以获得较好的轨道结果,从而更好地保障天线的跟踪精度.

     

  • 图  1  梦天空间站轨道预报数据获取方法流程图

    图  2  梦天空间站轨道实测数据获取方法流程图

    图  3  精度分析方法流程图

    图  4  2023-02-28 CSS梦天空间站全天轨道

    图  5  西安地面站-梦天空间站可见性分析图

    图  6  CSS梦天空间站5个可视弧段轨道误差

    图  7  CSS梦天空间站5个可视弧段速度误差

    图  8  CSS梦天空间站预报15天坐标误差变化

    图  9  CSS梦天空间站预报15天速度误差变化

    图  10  CSS梦天空间站3个方向预报15天坐标误差标准差

    图  11  CSS梦天空间站3个方向预报15天速度误差标准差

    图  12  2023-02-28 STK计算的梦天空间站第一轨天线方位角和俯仰角曲线图

    图  13  2023-02-28梦天空间站第一轨天线实际跟踪方位角和俯仰角曲线图

    图  14  梦天空间站第一轨方位角和俯仰角相对误差

    图  15  梦天空间站第一轨方位角和俯仰角变化率相对误差

    图  16  CSS梦天空间站预报15天方位角相对误差曲线图

    图  17  CSS梦天空间站预报15天俯仰角相对误差曲线图

    图  18  CSS梦天空间站预报15天星地距离相对误差曲线图

    表  1  CSS梦天空间站的TLE

    行号 TLE轨道根数
    1 54216U 22143A 23058.49901003 .00015872 00000-0 18370-3 0 9999
    2 54216 41.4740 104.8916 0004406 329.2949 175.4109 15.61484168 104670
    下载: 导出CSV

    表  2  CSS梦天空间站观测时间表

    轨道编号 观测日期 开始时间(UTC) 结束时间(UTC) 持续时间/s 最高仰角/(°)
    1 2023-02-28 15:08:55.938 15:14:36.121 340.183 31.103
    2 2023-02-28 16:45:31.027 16:51:31.649 360.622 40.107
    3 2023-02-28 18:23:19.571 18:28:17.683 298.112 20.675
    4 2023-02-28 20:00:19.658 20:06:01.786 342.128 29.851
    5 2023-02-28 21:36:59.816 21:43:12.858 373.043 55.746
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-09
  • 网络出版日期:  2024-03-04

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