基于TLE的弹道系数计算方法及应用分析
发布时间：2021-11-03 16:07
针对仅使用两行要素（Two Line Element,TLE）作为数据源的应用需求,研究了基于TLE轨道衰减的弹道系数计算方法。介绍了一种常用的基于两组TLE的直接计算法,分析TLE选取间隔对结果精度的影响;提出了一种基于多组TLE的迭代计算方法,以降低异常TLE对计算结果的影响;从弹道系数计算效果、在再入预报中的应用等方面对这两种方法进行比较分析。结果表明,两种方法各有优劣,基于多组TLE的迭代计算法稳定性更高、受TLE精度的影响更小;由于数据区间更短,基于两组TLE的计算结果对短期轨道衰减特性反应得更准确,用于临近再入时的预报效果更好。
【文章来源】：中国空间科学技术. 2020,40(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
00694的弹道系数结果
图1 00694的弹道系数结果表2 两个算例目标的弹道系数结果Table 2 Ballistic coefficient results of the test objects m2/kg 项目 00694目标 42821目标 基于两组TLE的弹道系数均值 0.014 48 0.019 81 基于多组TLE的弹道系数均值 0.014 49 0.019 82 基于两组TLE的弹道系数方差 1.09×10-5 5.84×10-6 基于多组TLE的弹道系数方差 1.07×10-5 5.69×10-6
以42821目标为例,取最后一次计算结果为实际再入时间,利用两种方法的弹道系数结果进行再入预报的精度情况如图3所示。可以看到,基于两组TLE的最大预报误差为53.2%,平均误差约12.2%,而基于多组TLE的最大预报误差为39.8%,平均误差约10.6%。总体而言,无论是预报精度还是预报结果的稳定性,基于多组TLE的再入预报方法均有较大优势,原因就是基于多组TLE的弹道系数结果具有更好的稳定性。但是基于多组TLE的弹道系数结果用于再入预报时并非一直最优。受方法本身特点的限制,使用多组TLE时数据区间不可能太小,而两组TLE的选择却灵活许多。考察了随机28个再入目标再入前10天起两种方法的精度情况,结果如图4所示。其中,两组或多组TLE均为计算时获取的最新TLE结果,即使用直接法时TLE选用的是迭代法所用TLE序列中的最后两组。黑色部分为基于两组TLE预报精度较优的目标个数,红色部分为基于多组TLE预报精度较优的目标个数,比较时各再入目标的实际再入时间均取自space-track网站发布的最终再入信息。可以看到,当距离目标再入不足1天,基于两组TLE的弹道系数结果较优的次数明显多于基于多组TLE;当距离目标再入大于1天,两种方法的优劣次数基本相当。其原因是使用直接法计算时,由于选择的是最新的两组TLE,数据区间较短,弹道数据结果与数据弧段内再入目标的轨道数据(即TLE)情况、空间环境情况等形成良好的耦合系统,可以更好地反映再入目标短期轨道衰减特性。另外,在计算过程中发现,当临近再入,基于多组TLE拟合弹道系数时迭代次数明显增加,甚至可能出现不收敛的情况。
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间物体解体碎片云的长期演化建模与分析[J]. 张斌斌,王兆魁,张育林. 中国空间科学技术. 2016(04)
[2]利用卫星两行轨道根数反演热层密度[J]. 任廷领,苗娟,刘四清,李志涛. 空间科学学报. 2014(04)
[3]低轨航天器弹道系数估算及热层大气模型误差分析[J]. 漆亚龙,李汇军,项杰,满海钧. 空间科学学报. 2014(01)
[4]返回式航天器轨道周期变率确定及预报的数值方法[J]. 秋宏兴,王秀红,吴连大,祝开建. 中国空间科学技术. 2007(03)
本文编号：3473973
【文章来源】：中国空间科学技术. 2020,40(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
00694的弹道系数结果
图1 00694的弹道系数结果表2 两个算例目标的弹道系数结果Table 2 Ballistic coefficient results of the test objects m2/kg 项目 00694目标 42821目标 基于两组TLE的弹道系数均值 0.014 48 0.019 81 基于多组TLE的弹道系数均值 0.014 49 0.019 82 基于两组TLE的弹道系数方差 1.09×10-5 5.84×10-6 基于多组TLE的弹道系数方差 1.07×10-5 5.69×10-6
以42821目标为例,取最后一次计算结果为实际再入时间,利用两种方法的弹道系数结果进行再入预报的精度情况如图3所示。可以看到,基于两组TLE的最大预报误差为53.2%,平均误差约12.2%,而基于多组TLE的最大预报误差为39.8%,平均误差约10.6%。总体而言,无论是预报精度还是预报结果的稳定性,基于多组TLE的再入预报方法均有较大优势,原因就是基于多组TLE的弹道系数结果具有更好的稳定性。但是基于多组TLE的弹道系数结果用于再入预报时并非一直最优。受方法本身特点的限制,使用多组TLE时数据区间不可能太小,而两组TLE的选择却灵活许多。考察了随机28个再入目标再入前10天起两种方法的精度情况,结果如图4所示。其中,两组或多组TLE均为计算时获取的最新TLE结果,即使用直接法时TLE选用的是迭代法所用TLE序列中的最后两组。黑色部分为基于两组TLE预报精度较优的目标个数,红色部分为基于多组TLE预报精度较优的目标个数,比较时各再入目标的实际再入时间均取自space-track网站发布的最终再入信息。可以看到,当距离目标再入不足1天,基于两组TLE的弹道系数结果较优的次数明显多于基于多组TLE;当距离目标再入大于1天,两种方法的优劣次数基本相当。其原因是使用直接法计算时,由于选择的是最新的两组TLE,数据区间较短,弹道数据结果与数据弧段内再入目标的轨道数据(即TLE)情况、空间环境情况等形成良好的耦合系统,可以更好地反映再入目标短期轨道衰减特性。另外,在计算过程中发现,当临近再入,基于多组TLE拟合弹道系数时迭代次数明显增加,甚至可能出现不收敛的情况。
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间物体解体碎片云的长期演化建模与分析[J]. 张斌斌,王兆魁,张育林. 中国空间科学技术. 2016(04)
[2]利用卫星两行轨道根数反演热层密度[J]. 任廷领,苗娟,刘四清,李志涛. 空间科学学报. 2014(04)
[3]低轨航天器弹道系数估算及热层大气模型误差分析[J]. 漆亚龙,李汇军,项杰,满海钧. 空间科学学报. 2014(01)
[4]返回式航天器轨道周期变率确定及预报的数值方法[J]. 秋宏兴,王秀红,吴连大,祝开建. 中国空间科学技术. 2007(03)
本文编号：3473973
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