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引入时间变量的TLE轨道确定

刘劲宏 史佳美 龙婉婷 袁博 吴晨韵

刘劲宏, 史佳美, 龙婉婷, 袁博, 吴晨韵. 引入时间变量的TLE轨道确定[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0130
引用本文: 刘劲宏, 史佳美, 龙婉婷, 袁博, 吴晨韵. 引入时间变量的TLE轨道确定[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0130
LIU Jinghong, SHI Jiamei, LONG Wanting, YUAN Bo, WU Chenyun. TLE Orbit Determination Considering Time Variables (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2025, 45(5): 1400-1406 doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0130
Citation: LIU Jinghong, SHI Jiamei, LONG Wanting, YUAN Bo, WU Chenyun. TLE Orbit Determination Considering Time Variables (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2025, 45(5): 1400-1406 doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0130

引入时间变量的TLE轨道确定

doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0130 cstr: 32142.14.cjss.2024-0130
基金项目: 国家自然科学基金项目(12503081), 重庆市自然科学基金面上项目(CSTB2022NSCQ-MSX1093), 重庆市教委科学技术研究项目(KJQN202200701)和中国博士后科学基金面上项目(2021M703487)共同资助
详细信息
    作者简介:
    • 刘劲宏 男, 1990年1月出生于四川省达州市, 现为重庆交通大学智慧城市学院讲师, 硕士生导师, 主要研究方向为空间碎片、空间气象等. E-mail: liu-jh@whu.edu.cn
  • 中图分类号: V412

TLE Orbit Determination Considering Time Variables

  • 摘要: 利用TLE数据获得空间碎片的精确轨道信息一直是研究重点. 因缺乏对热层大气的理解, 大气阻力是轨道确定最大的误差来源, 其中大气密度模型、弹道系数中的误差与时间有关, 然而现有基于TLE数据的定轨算法并未考虑与时间相关的误差影响, 导致轨道预报精度无法进一步提升. 因此, 引入时间变量, 利用单纯形调优搜索算法将其与其他轨道参数一同求解, 削弱与时间相关的误差对轨道精度的影响. 使用8颗卫星的TLE数据和CPF精密星历数据开展实验, 引用时间变量的轨道预报相对精度提升了0.11%~78.60%. 因此, 通过引入时间变量削弱与时间变量相关的误差, 有助于提升定轨精度, 研究成果有望在大气再入预报、风险评估、碰撞预警等领域得到应用.

     

  • 图  1  基于SM和TSM的目标函数值分布(卫星31698)

    Figure  1.  Distribution of the object function based on SM and TSM (Satellite 31698)

    图  2  原始TLE, SM, TSM定轨结果的轨道预报误差的比较

    Figure  2.  Orbital error predictions of primeval TLE, SM and TSM in RSW coordinate system

    图  3  TLE, SM和TSM的轨道预报误差

    Figure  3.  Comparisons of the orbital prediction errors from TLE, SM and TSM

    图  4  RSW坐标系下的轨道预报标准差

    Figure  4.  Standard deviation of orbit prediction in RSW coordinate system

    表  1  卫星轨道类型与高度参数

    Table  1.   Satellite orbital types and altitude parameters

    NORAD卫星名轨道类型近地点/km远地点/km
    31698TERRA SAR XLEO507510
    39452SWARM ALEO444447
    40001COSMOS 2500 (GLONASS)MEO1911819142
    41240JASON 3LEO13321344
    43687COSMOS 2529 (GLONASS)MEO1910919151
    46805COSMOS 2547 (GLONASS)MEO1911319147
    46808YAOGAN-30 VLEO568571
    46984S6 MICHAEL FREILICHLEO13321344
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    表  2  定轨TLE历元剔除比例

    Table  2.   Eliminating ratio of reference epoch for orbit determination TLE

    NORAD原始TLE历元数异常TLE历元数TLE历元使用率/(%)
    3169829389.65
    39452220100
    40001170100
    41240180100
    4368717288.23
    46805160100
    4680815286.67
    4698431487.09
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    表  3  目标31698定轨轨道根数对比

    Table  3.   Comparison of the orbital elements of the target 31698

    算法 $ {B}' $ $ e $ $ i $ /(°) $ {\varOmega} $ /(°) $ \omega $ /(°) $ M $ /(°) $ n $ /(rev·d–1) 定轨结果时刻数据
    TLE 7.5814×10–6 2.147×10–4 97.4459 10.8697 17.0107 77.2867 15.19153825 21365.87937972
    SM 3.1545×10–5 1.950×10–4 97.4458 10.8702 17.5800 76.7078 15.19155608 21365.87937972
    TSM 3.1551×10–5 1.950×10–4 97.4458 10.8701 16.5589 77.1212 15.19155551 21365.87835189
      $ {B}' $表示弹道系数, $ e $ 表示偏心率, $ i $表示轨道倾角, $ {\varOmega} $表示升交点赤经, $ \omega $表示平近点角, $ M $表示近地点角距, $ n $表示平运动.
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    表  4  卫星轨道预报标准差

    Table  4.   RMSEs of the satellite orbit prediction

    卫星ID 原始TLE SM/km TSM/km 相对精度提升/(%)
    31698 10.852 10.084 6.951 28.87
    39452 2.594 2.594 1.720 33.69
    40001 4.527 3.783 3.778 0.11
    41240 7.097 6.055 0.477 78.60
    43687 5.196 4.826 4.657 3.25
    46805 10.163 2.938 2.683 2.51
    46808 3.114 2.938 2.925 0.42
    46984 2.344 1.687 1.549 5.89
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-10-19
  • 修回日期:  2025-06-11
  • 网络出版日期:  2025-06-12

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