空间物体轨道摄动解析计算方法 编制说明

1本标准是国标委发[2024]18号下达应用标准化技术委员会（SAC/TC425）提出并归口，#分技术委员会（SAC/TC构完成，但随着空间技术和应用的发展，除了专门机构外，科卫星用户一般都会适当发展自身能力，保障自身资产。在用现有、成熟的软件算法开展计算。一方面可以降低开发用算法的计算结果一致性好，在数据交换过程中也更加在空间碎片监测预警业务之外，通用、高效的轨道摄动计算域其他场景中。在测控方面，这类算法可以实现瞬时根数与平航天，目前多以卫星组网提供通讯、导航、遥感服务为着眼点，这使用美国军方的SGP4/SDP4模型（以下简称SGP4模型）用于快速2勒根数，也没有定义在常规坐标系下。这既不符合相关学科的天系统常用的定义和接口不同。由于依赖SGP4，用户有时不得布并实施。该规范采用主流、常规的模型和定义，与航天领域的从应用和推广的角度，无论是专门的空间碎片监测机构、和应用并不熟悉的普通卫星用户，都需要符合该数据规范、兼容常规本标准主要规范了空间物体轨道摄动解析计算中的概念和标准计划下达后，全国宇航标委会成立标准起草组，由南京起草单位主要包括：南京大学、中国科学院国家天文台、峰椿负责标准内容大纲制定、资料收集分析、技术参数的确定2024年7月，起草组在充分调研国内外技术和标准现状基草规则》的规定编写，紧密结合工程任务实践，注重标准3本标准规定的概念和方法以航天器轨道基本理论为基础分方程解析理论推导。计算方法自上世纪七十年代开始应本标准可以用于轨道根数的瞬平转换、轨道预报、精密定轨间目标监测预警，也适用于卫星测控、星上预报等领域。本标准本标准采用的计算公式考虑了未来扩展的可能，可以通过适本标准充分考虑了现有航天、空间、天文领域的研究和本标准主要适用于环绕地球运行的空间物体的瞬平根数转等计算。可以用于空间碎片监测预警中的目标编目、碰撞风险计控、卫星导航等领域或适用型号中的轨道维持、天基或本标准的ICS国际分类号为49.140，CCS4基本要求：描述轨道摄动解析计算方法采用的时间系统46基于空间物体轨道摄动解析计算方法的业务流程：描为基础，常规业务的计算流程，包括瞬时根数转平均根数，平均解析计算公式采用地球时（TT）作为内部计算的时间系统，符合学科和行业习惯。相较于常用的协调世界时（UTC）、世界时（UT1），解析计算公式采用J2000.0历元平赤道平春分点参考系或地心天球参考义的坐标系。这两个坐标系相差约0.02角秒，是目前学科和行是较新的定义和实现，精度更高，但前者目前在部分场景中仍标准的模型和方法下并无影响，基于此并考虑到对行业的广为了适应各种类型的椭圆轨道，本标准使用消除了e=0,i=为解析公式使用的轨道根数。这可以保证标准中的解析公式考虑到输入输出的需求，本标准提供了经典的开普勒根数、直量）与无奇点根数的转换算法，前者可以直接与GB/T43223-2023中本标准中定义的基本模型指的是摄动作用下空间物体轨本标准中将空间物体轨道在某个瞬时真实的状态定义为征。消除周期不超过轨道周期的短周期项后剩余的称为平均轨道均根数在不同历元之间发生变化。短周期项和平根数在不同历元5这一模型符合空间物体在摄动作用下的实际轨道变化特前述定义的基本模型规定了空间物体轨道的变化过短周期项、变化项这些概念进行描述。而这些概念的具体本标准中解析公式的推导以常微分方程解析理论中的摄十年代至七十年代由古在由秀、刘林等天体力学家们逐步这套方法和公式从上世纪六七十年代开始，在我国相关十年中，这套方法和公式经过了航天测控、空间碎片监测预警、卫星本标准在资料性附录中列出了推荐的解析公式。这套公行了适当的调整，并充分考虑了标准应用于空间碎片SGP4（低轨）和SDP4（高轨本标准会判断四种类型的轨道，自动精度之间选取平衡。以SGP4这个目前的“事实标准”为参考，本标准况下，解析公式可以进一步裁剪以实现更高的计算效率，本标准附录中的解析公式的编制从空间碎片监测预警及其发，以高效、方便为首要因素。据此，本标准附录中推荐6素具体的组合及建模和空间物体的轨道类型有关，因此附录中计算公式时会注明，哪些类型的轨道需要考虑该摄动，哪些类类型一类型一地球非球形引J2,J3,J4地球非球形引J22,J31,J32,J33首先，没有考虑光压、潮汐、相对论效应等对本素。这可以从下面的图像中看出来。并且上述部分因素的7其次，地球非球形引力摄动考虑低阶次带谐项和可能对12小时振的低阶次田谐项。部分田谐项中的周日、半日、1/3日、1/4日周第三，大气密度随高度变化的表格化数值呈现。为简化对最后，轨道高度分界1500km用于区分是否考虑大气阻力，高度分是否需要考虑田谐项共振（12小时轨道对应高度约为20000km偏心这样的摄动因素组合一方面考虑到计算精度，另一方面效率的影响。本标准中解析公式对应的摄动模型是本标准规定的内容可以用于空间物体轨道的瞬平根数转化、计算，这些计算在各类航天领域中均可应用。本标准中空间物体8利用符合本标准的解析计算方法、公式及业务流程，可数转化为平均轨道根数，从而更好地分析轨道的变化趋势，进而可利用符合本标准的解析计算方法、公式及业务流程，同时可以将平均根数“复原”选取19组低轨目标（高度不低于200km）、10组中轨目标、10组同步大椭圆轨道目标。利用数值方法预报24小时，每个周期选取约100个计算方法将这些目标的瞬时轨道逐点转为平的平根用二次函数拟合，以拟合残差中位数评估平均根数中残余图所示，其中横轴为每个目标的轨道类型及国际编号精密定轨或轨道预报可以用于空间碎片监测预警、航天器测控9对于精密定轨或轨道预报过程中生成受摄星历的过程，利用8精密定轨或轨道预报可以用于空间碎片监测预警、航天器测控9对于精密定轨或轨道预报过程中生成受摄星历的过程，利用864201/1977-117A 1/1977-121A 1/1978-018A 1/1979-050A 1/1981-037D 1/1981-044A 1/1983-023A 1/1984-084A 1/1989-025A 1/1997-030G 1/2014-053A 1/2016-059E 1/2018-084B1/2021-005W 1/2022-003B 1/2022-012T1/2023-054AU 1/2023-155C 1/2024-106Y 2/1977-053A 2/1978-020A 2/1983-084B 2/1984-095B 2/1991-025C 2/1993-068A 2/1996-019A 2/2001-004A 2/2006-062B 2/2018-078B 3/1979-072A 3/1983-006A 3/1983-065A 3/1984-016A 3/1985-048B 3/1995-063A 3/2010-042A 3/2016-052B 3/2021-129A 3/2022-144A 4/1984-033A 4/1985-084A 4/1986-011A 4/1986-098A 4/1987-105A 4/1988-092A 4/1991-022A 4/1998-027A 4/2000-015A4/2004-050A千次耗时（ms） 1/2021-005W 1/2021-005W 对15848个分布在各个类型轨道上的TLE目标，分别使用SGP4和符预报精度方面，对前一组算例中的49个目标分别使用SGP报24小时，每分钟预报一组轨道。与数值方法预报星历比较，并使用最后1据计算三维位置、三维速度、半长径、轨道倾角及升交点赤经10000100010010.11/1977-1/1977-117A1/1977-121A1/1978-018A1/1979-050A1/1981-037D1/1981-044A1/1983-023A1/1984-084A1/1989-025A1/1997-030G1/2014-053A1/2016-059E1/2018-084B1/2021-005W1/2022-003B1/2022-012T1/2023-054AU1/2023-155C1/2024-106Y2/1977-053A2/1978-020A2/1983-084B2/1984-095B2/1991-025C2/1993-068A2/1996-019A2/2001-004A2/2006-062B2/2018-078B3/1979-072A3/1983-006A3/1983-065A3/1984-016A3/1985-048B3/1995-063A3/2010-042A3/2016-052B3/2021-129A3/2022-144A4/1984-033A4/1985-084A4/1986-011A4/1986-098A4/1987-105A4/1988-092A4/1991-022A4/1998-027A4/2000-015A4/2004-050ASGP4半长径误差（m）本标准半长径误差（m）SGP4升交点赤经误差（deg）本标准升交点赤经误差（deg）本标准起草组将通过征求意见，听取各方对本标准的意见/建到本标准中解析计算涉及到较多的数学公式，为了更好地推广本并落实各方意见、完善本标准后，在标准发布前后，适时发布且在行业内应用较广的是美国军方的SGP4/SDP4模型（以下简称SGP4SGP4模型以两行根数（TLE）作为输入，数据格式及定义均与TLE数定义不同于经典的开普勒根数，且轨道根数不是定义在常用的J20系或地心天球参考系（GCRS）中，因此SGP4的输入数据与航本标准使用经典的开普勒根数作为输入，并且定义在J2000.0（位置速度）这类常用轨道状态量与本标准计算SGP4/SDP4模型按照轨道周期将空间物体的轨道分为“近地”针对“深空”轨道，SDP4除了SGP4的模型外，还考虑了日月引力考虑了部分田谐项。为了解决地球引力场与“惯性系”之间的差异，S本标准按照高度将轨道分为三类，并单独划分一类偏心率超过0类型的轨道，非球形引力、日月引力摄动都力摄动和坐标系附加摄动。后者是本标准与SGP4的差异之一，直接在历元标系中建立解析公式并消除坐标系差异带来的主要影响。类型一还考二也考虑10阶次以内田谐项产生的周日、半日、1/3日及1/4日周期本标准的模型选取和轨道类型划分相比SGP4更加精细，SGP4诞生于上世纪七八十年代，简化的模型及紧凑的公式表达为计算效率。如今该模型在大批量目标计算及星载计算本标准中的模型和公式相较SGP4具有更细致、复杂，因此相比S量。起草组在模型裁剪、公式表达的过