[發明專利]基于模型誤差補償的兩行根數生成方法

有效

• 申請號: 201310254975.2
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103514362B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發明（設計）人: 毛曉彬;梁維泰;王俊;楊進佩;高健;金欣
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十八研究所
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于空間目標軌道計算技術，特別是一種基于模型誤差補償的兩行根數生成方法。

背景技術

兩行軌道根數(TLE)是美國戰略司令部發布空間目標編目數據采用的格式，是一種基于開普勒根數的平均軌道元，已被廣泛用于描述空間目標（包括小衛星以及空間碎片等）的飛行軌道。對兩行根數而言，其是用特定方法去掉了周期擾動項的平均軌道根數，它必須與特定的軌道預報模型一起使用來預報空間目標某一時刻的位置和速度，對近地目標而言該預報模型就是北美防空司令部(NORAD)提供的SGP4模型。作為目前應用最為廣泛的一類解析模型，它考慮了地球非球形J2、J3、J4項攝動、大氣攝動及日月引力攝動等攝動因素的影響，在軌道預報精度和計算效率之間作了較好的平衡。

目前，大部分空間目標的兩行根數會在Goddard空間飛行中心定期公布更新，只要將TLE代入已經公開的SGP4模型,即可求出任意時刻空間目標的位置和速度，但是TLE生成算法至今仍未公開，這使得基于TLE的進一步應用受到較大限制。早在1967年德國的Walter（1.Walter?H?G.Conversion?of?osculating?obbital?elements?into?mean?elements[J].The?Astronomical?Journal,1967,72(8):994-997）就在Brouwer和Kozai的軌道理論意義下研究了由瞬時軌道根數轉換為相應的平均軌道根數問題，提出了一個迭代算法并證明了其收斂性。在SGP4模型出現后，作為一種特殊的且被廣泛應用的平均軌道根數，兩行根數的生成算法引起了廣泛的研究。其中，Jochim等（2.Jochim?E?F,Gill?E,Montenbruck?O,et?al.GPS?based?on-board?and?onground?orbit?operations?for?small?satellites[J].Acta?Astronautica,1996,39(9):917-922）以空間目標的星載GPS數據作為觀測輸人實時生成該目標的TLE，但該方法僅適用于合作目標。Lee（3.Byoung?S?L.NORAD?TLE?conversion?from?osculating?orbital?elements[J].Journal?of?Astronomy?and?Space?Sciences,2002,19(4):395-402）提出利用空間目標的瞬時密切軌道數據擬合出該目標的TLE，但是只研究了單點擬合的方法，且未考慮大氣阻力因子的影響；Dwight（4.Dwight?E?A.Computing?NORAD?mean?orbital?elements?from?a?state?vector[D].Ohio:Air?Force?Institute?of?Technology,Wright-Patterson?Air?Force?Base,1994）考慮了由位置和速度矢量生成兩行根數的問題，提出了牛頓法和直接迭代兩種方法，但是該方法并未解決在偏心率和軌道傾角很小時出現奇點導致無法收斂的問題；劉光明等（5.劉光明，文援蘭，廖瑛.基于無奇異變換的雙行軌道根數生成算法[J].系統工程與電子技術，2011，33(5):1104-1107）提出了基于無奇異變換的空間目標TLE生成算法，針對TLE采樣擬合過程中可能出現奇點的問題引入無奇異軌道根數代替開普勒根數并給出了目標狀態矢量關于兩行根數偏導數矩陣的近似解析表達式，但其擬合的目標函數僅考慮了位置向量。胡敏等（6.胡敏，曾國強.平均軌道根數與密切軌道根數的互換[J].飛行器測控學報,2012,31(2):77-81）基于TLE和SGP4模型從正反兩方面總結了平均軌道根數與密切軌道根數的互換問題,僅用單點擬合法進行了計算。

由于SGP4模型本身是有誤差的，這影響了兩行根數擬合的精度，針對當前研究存在的問題，本發明在考慮SGP4模型誤差的基礎上提出了兩行根數擬合的誤差補償優化模型，將單點擬合和采樣擬合的情況統一處理，使得擬合得到的兩行根數用于軌道預報時平均誤差更小。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供一種基于簡化普適攝動軌道預報模型（SGP4）的空間目標兩行根數生成方法。

技術方案：實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于模型誤差補償的兩行根數生成方法，步驟如下：

步驟1、將觀測到的位置和速度矢量由地心赤道慣性（J2000）坐標系轉化為真赤道平春分點（TEME）坐標系；

步驟2、利用采樣初始時刻的位置和速度矢量計算相應的瞬時軌道根數并將其作為兩行根數迭代計算的初始估計值；