北美两行元素及跟踪预报角度分析应用

杨蕾　高玉红　房帅　战冬雪

摘 要：现卫星的轨道的两行元素有两种，第一是由国内发布的两行元素轨道数据，第二是北美防空联合司令部（NORAD）发布的两行元素轨道数据。本文将对针对北美气象卫星轨道两行元素及计算后预报角度进行分析后应用到地面接收系统中。

关键词：卫星轨道；两行元素；跟踪预报角度

中图分类号：O658 文献标识码：A

由美国Celestrak发明并创立的卫星星历即两行轨道数据（two-line orbital element）的格式和含义，卫星星历是测量卫星、跟踪卫星、定位卫星的根本要素，从卫星星历中，我们可获知卫星的信息。这种两行元素轨道预报中，优点是卫星轨道参数较少，不足是精确度偏低，但是对于中小卫星接收地面站来说，这种预报的精确度已经足够了。通过卫星跟踪软件输入本地经纬度对两行元素进行计算，即可得出卫星的跟踪预报时间和角度文件，从而天线可准确跟踪卫星并接收其下发的卫星数据资料。

1.两行元素对比

中美两行元素轨道报的对比，例如：2015年9月27日FY-3A两行元素轨道数据：

国内发布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

北美发布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，中美同一天的两行元素中数据有很大不同，可知对卫星轨道的算法是不一样的。但常规的数据如：卫星代码、分类、发射年、历元年、历元时刻整数部分、第二平均运动的漂移、轨道模式、平均运动圈数整数部分都是相同。

2.两行元素计算跟踪预报时间和角度文件

两行元素可以知道当天及未来3天卫星运行轨迹，地面接收站根据卫星运行轨迹计算出天线在该位置需要什么角度开始捕捉卫星信号进行跟踪。因北美和国内两组两行元素的算法是不一样，其各有一套卫星跟踪预报软件，计算卫星跟踪预报时间和角度文件。对北美和国内两行元素所计算出来的跟踪预报时间和角度文件进行对比：

A.本站跟踪软件计算出2015年10月15日中12：00：24（UTC）这一轨跟踪预报角度的文件，其结果如图1所示。

每一行分别代表“年.月.日 时 分 秒 测量系俯仰 测量系方位”。

B.北美卫星跟踪软件所计算，2015年10月15日中12：00：25（UTC）这一轨跟踪预报角度的文件，其结果如图2所示。

每一行分别代表“年 月 日 时 分 秒 大地系方位 大地系俯仰 测量系方位 测量系俯仰”。上面两组两行元素所计算出来的跟踪预报角度文件，由此可见两种卫星跟踪软件所计算出的文件名、文件类型不同；预报跟踪角度文件内容不同，再就内容格式、角度值有效位都不同。其北美所计算出跟踪预报角度文件内容要比本站软件计算的跟踪预報角度的内容多两项数值。

对北美和国内所计算预报时间和角度文件分析：

（1）时间统一，其地面接收系统都为UTC，卫星跟踪软件计算时需把计算机系统时间修改为UTC时间，这样计算出来的预报时间才是可用的。注：卫星跟踪软件系统时间与地面接收系统时间如存在时间误差，其计算出的预报时间也存在误差。

（2）角度精确度，卫星跟踪软件计算后得到预报跟踪角度精确度不一致，这些角度的精度可以根据天线跟踪卫星的需求来选择不用的跟踪预报角度精确度。

（3）参考系，对于参考系的选择很重要，不用的参考系所计算出来的预报角度是不一样的。即使两行元素再准确，参考系选择错误会导致地面接收系统偏离卫星运行轨迹的跟踪。

4.北美两行元素的应用

利用北美防空联合司令部（NORAD）发布的卫星两行元素轨道数据作为依据，计算出来过境卫星轨道接收时间和轨道跟踪预报角度文件，对两行元素进行计算、处理、获取最后跟踪预报角度文件，然后把这些文件提供给卫星地面接收系统。经过我们地面站实际测试验证：北美发布的卫星两行元素可以满足卫星地面接收系统跟踪卫星所需的跟踪轨道角度准确度和精度的要求。

第一，地面接收系统两行元素数据所计算出来的跟踪预报角度偏差时，可作为对比参考数据，排查跟踪角度文件的准确性；第二，地面接收系统天线跟踪出现异常时，两者可作为对比参考数据来验证跟踪预报角度是否影响天线跟踪问题；第三，当国内提供两行元素数据时，网络传输延时或故障、错误等两行元素未及时更新提供了保障，确保卫星轨道任务的接收。随着卫星地面接收系统的发展，接收任务成倍增长，卫星接收设备不断增多，老设备不断老化未能得到更新、新老设备兼容等等一系列问题，导致接收卫星时故障频发，影响卫星数据接收。在两行元素及跟踪预报角度这一系统环节中可使用北美两行元素作为地面接收系统卫星跟踪角度文件的备份，为地面接收系统业务提供良好的保障。

结语

对北美两行元素及计算后得到跟踪预报角度数据的进行对比分析测试，完全可以应用到卫星地面接收系统中使用，为地面接收系统中两行元素及跟踪预报软件出现故障时，可及时提供有效的跟踪预报角度文件，增强了地面接收系统的可靠性与稳定性，确保卫星数据资料准确无误的接收，在今后的中小卫星地面接收站可进行推广使用。

参考文献

[1]谢静波.用卫星轨道报计算卫星轨道的方法[J].无线电技术，2003（1）：66-68.endprint