TLE兩行星歷數(shù)據(jù)參數(shù)解析

武秀廣

（國家無線電監(jiān)測中心，北京 100037）

0 引言

兩行軌道數(shù)據(jù)（TLE，Two-Line-Orbital Element）即是北美空防司令部發(fā)布的人造天體（包括人造衛(wèi)星、航天器、飛行體和火箭碎片）的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。北美空防司 令 部（North American Aerospace Defense Command）是一個由美國和加拿大共同組成的軍事機(jī)構(gòu)，成立于1958年5月12日，作用是由美加兩國進(jìn)行北美地區(qū)空中聯(lián)合防衛(wèi)，監(jiān)視所有在北美上空（包括太空中）的人造飛行器是其主要職責(zé)之一，其獲取的兩行星歷數(shù)據(jù)在celestrak網(wǎng)站實(shí)時發(fā)布，方便公眾研究使用。

1 TLE星歷概述

TLE星歷是用于描述太空飛行體精確位置和運(yùn)動速度的特定格式的數(shù)據(jù)。衛(wèi)星、航天器或飛行體一旦進(jìn)入太空，即被列入NORAD衛(wèi)星星歷編號目錄，列入NORAD衛(wèi)星星歷編號目錄的太空飛行體將被終生跟蹤。衛(wèi)星星歷以開普勒定律軌道6根數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算飛行體的時間、坐標(biāo)、方位、速度等各項(xiàng)參數(shù)，具有極高的精度。

TLE星歷可以精準(zhǔn)計(jì)算、預(yù)測、描繪、跟蹤衛(wèi)星、飛行體的時間、位置、速度等運(yùn)行狀態(tài)；能表達(dá)天體、衛(wèi)星、航天器、導(dǎo)彈、太空垃圾等飛行體的精確參數(shù)；能將飛行體置于三維的空間，用時間立體描繪天體的過去、現(xiàn)在和將來。TLE星歷的時間采用世界標(biāo)準(zhǔn)時間（UTC），TLE星歷標(biāo)準(zhǔn)格式如圖1所示。

圖1 TLE星歷標(biāo)準(zhǔn)格式

2 TLE星歷參數(shù)解析

以圖1衛(wèi)星星歷為例，第一行為衛(wèi)星名稱。衛(wèi)星發(fā)射后的最初一批TLE數(shù)據(jù)里，衛(wèi)星名稱不確定時通常命名為Object A， B， C等，待信息確認(rèn)后，再以正式名稱正式命名。某些情況下，這一行里還會出現(xiàn)數(shù)字，通常是關(guān)于衛(wèi)星的尺度、亮度等。

衛(wèi)星名稱下面兩行是衛(wèi)星的軌道位置參數(shù)數(shù)據(jù)，共為上下兩行，每行69個字符，包括0-9、A-Z（大寫）、空格、點(diǎn)和正負(fù)號，其他字符是無意義的。具體含義如表1和表2所示。

表1 TLE星歷第一行參數(shù)信息表

表1中，平均運(yùn)動的一階時間導(dǎo)數(shù)用來計(jì)算每一天平均運(yùn)動的變化帶來的軌道漂移，提供給軌道計(jì)算軟件預(yù)測衛(wèi)星的位置。兩行式軌道數(shù)據(jù)使用這個數(shù)據(jù)校準(zhǔn)衛(wèi)星的位置。平均運(yùn)動的二階時間導(dǎo)數(shù)用來計(jì)算每一天平均運(yùn)動的變化帶來的軌道漂移，提供給軌道計(jì)算軟件預(yù)測衛(wèi)星的位置。

BSTAR調(diào)制系數(shù)，采用十進(jìn)制小數(shù)，適用GP4一般攝動理論的情況下、BSTAR大氣阻力這一項(xiàng)，除此之外為輻射壓系數(shù)。BSTAR拖調(diào)制系數(shù)的單位是1/（地球半徑）。

對于星歷類型，美國空軍空間指揮中心內(nèi)部使用的為1；美國空軍空間指揮中心以外公開使用標(biāo)識為0。

星歷編號是TLE數(shù)據(jù)根據(jù)新發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星的順序給衛(wèi)星的編號，當(dāng)一個衛(wèi)星生成了一套新的TLE數(shù)據(jù)。在新的TLE數(shù)據(jù)中，新發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星的星歷編號按順序排列，每個數(shù)字代表一定意義，如“Intelsat 10”衛(wèi)星的星歷編號為999。

校驗(yàn)碼是指這一行的所有非數(shù)字字符，按照“字母、空格、句點(diǎn)、正號=0；負(fù)號=1”的規(guī)則換算成0和1后，將這一行中原來的全部數(shù)字加起來，以10為模計(jì)算后所得的和。校驗(yàn)碼可以檢查出數(shù)據(jù)存儲或傳送過程中的錯誤。按十進(jìn)制加起來的個位數(shù)字的校驗(yàn)碼，用于精確糾正誤差。

表2 TLE星歷第二行參數(shù)信息表

35-42 近地點(diǎn)角距44-51 平近點(diǎn)角53-63 平均運(yùn)動64-68 歷元軌道數(shù)69 校驗(yàn)碼

表2中，軌道傾角是指天體的軌道面和地球赤道面之間的夾度，用0-90°來表示順行軌道（從地球北極上空看是逆時針運(yùn)行）；用90-180°表示逆行軌道（從地球北極上空看是順時針運(yùn)行）。

升交點(diǎn)赤經(jīng)是指衛(wèi)星由南到北穿過地球赤道平面時，與地球赤道平面的交點(diǎn)。升交點(diǎn)赤經(jīng)是指從地球的球心點(diǎn)望過去，升交點(diǎn)的赤經(jīng)坐標(biāo)。

軌道離心率是指衛(wèi)星橢圓軌道的中心點(diǎn)到地球的球心點(diǎn)的距離（c）除以衛(wèi)星軌道半長軸（a）得到的一個0（圓型）到1（拋物線）之間的小數(shù)值。

近地點(diǎn)角距是指在衛(wèi)星的軌道平面內(nèi)，從升交點(diǎn)到近地點(diǎn)按照衛(wèi)星運(yùn)行方向所走過的角度。近地點(diǎn)角距的數(shù)值是一個范圍在0-360°之間的度數(shù)。

平均運(yùn)動（n）是指在一個太陽日內(nèi)（24h），衛(wèi)星在它的軌道上繞了多少圈。平均運(yùn)動的數(shù)值可以在每天0到17圈，沒有每天超過17圈的穩(wěn)定的地球衛(wèi)星軌道。

衛(wèi)星軌道周期（T）可以通過求平均運(yùn)動的倒數(shù)獲得，衛(wèi)星軌道半長軸可以用平均運(yùn)動的數(shù)值通過開普勒第三定律求得。開普勒第三定律又稱調(diào)和定律，是指行星繞日一圈時間的平方和行星各自離日的平均距離的立方成正比。

歷元軌道數(shù)即在軌圈數(shù)，是指衛(wèi)星從發(fā)射到TLE數(shù)據(jù)記錄的TLE歷時之間衛(wèi)星在軌道上繞行的總?cè)?shù)，在軌圈數(shù)的最后一位數(shù)是小數(shù)。

3 結(jié)束語

TLE兩行星歷是較為流行使用的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)之一，在保證精確度的情況下，參數(shù)相對較少，計(jì)算相對來說較為簡便。我們也可以使用Orbitron軟件對TLE星歷數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，非常便捷地進(jìn)行衛(wèi)星的追蹤，獲得衛(wèi)星的經(jīng)度、緯度、高度、傾角等軌道位置信息。