卫星星历详解

1. 卫星星历

1.1 卫星星历

卫星星历，又称为两行轨道数据（TLE，Two-LineOrbital Element），由美国celestrak发明创立。

卫星星历是用于描述太空飞行体位置和速度的表达式———两行式轨道数据系统。

卫星、航天器或飞行体一旦进入太空，即被列入NORAD卫星星历编号目录。列入NORAD卫星星历编号目录的太空飞行体将被终生跟踪。

卫星星历以开普勒定律的6个轨道参数之间的数学关系确定飞行体的时间、坐标、方位、速度等各项参数，具有极高的精度。

卫星星历能精确计算、预测、描绘、跟踪卫星、飞行体的时间、位置、速度等运行状态；能表达天体、卫星、航天器、导弹、太空垃圾等飞行体的精确参数；能将飞行体置于三维的空间；用时间立体描绘天体的过去、现在和将来。

卫星星历的时间按世界标准时间（UTC）计算。

卫星星历定时更新。

1.2 卫星星历格式

卫星星历格式，又称为两行式轨道数据格式（TLE，Two-LineOrbital Element Set Format）。

1.3 卫星星历格式含义：

     卫星星历的结构为上下两行，每行69个字符，包括0～9、A～Z(大写)、空格、点和正负号，其他字符是无意义的。

     第0行，将第1行视为0行，是卫星通用名称，最长为24个字符。

     第1行和第2行是标准的卫星星历格式（TLE格式），每行69个字符，包括0～9，A～Z（大写）、空格、点和正/负号，除此之外的其他字符都是无意义也无效的。

      卫星星历编号含义

（1）第1行，字符号1是轨道数据。

（2）第1行的1～3和第2行2～3是卫星编号；

（3）1～4是秘密分级，U、C或S。

     U表示此数据是不保密的，可供公众使用的；C表示此数据是保密的，仅限NORAD使用；S表示此数据是保密的，仅限NORAD使用。

（4）1～6是卫星的发射年份；

（5）1～10是轨道数据的建立时间，按世界标准时间；

（6）1～21是两个轨道比较参数；

（7）每行的最后一位都是以10为模的校验位,可以检查出90%的数据存储或传送错误。

1.4 卫星星历TLE格式名词解释

（1）第0行

第0行是一个最长为24个字符的卫星通用名称，由卫星所在国籍的卫星公司命名，如SINOSAT3。卫星通用名称与NORAD编号、国际编号都是卫星识别编码。

（2）行号

行号是卫星星历的序列号，如第1行或第2行。

（3）NORAD卫星编号

NORAD卫星编号，又称为NASA编号，SCC编号，是NORAD特别建立的卫星编号，每一个太空飞行器都被赋予唯一的NORAD卫星编号。

NORAD卫星编号由五位数的卫星识别码组成，每一位数都有特定的含义。

如“鑫诺3号”卫星的NORAD卫星编号为31577；遥感2号（YAOGAN2）卫星的NORAD卫星编号为31490；“长征3号甲”（CZ-3A）为31578。

（4）秘密级别

 卫星星历的秘密级别，分为3个的级别，分别用一个字符来表示：

① U–非保密的

② C–机密的

③ S–绝密的

（5）国际编号

国际编号是全世界国家使用的一种卫星标识方法，前两位是发射年份，后面是在这一年的发射序号。

如“鑫诺3号”卫星的国际编号是07021A。

 “07”表示“鑫诺3号”卫星的发射年份2007年；

 “021”表示2007年国际编号的第21次发射；

“A”表示是第一个。按照国际编号规则，如果一次发射多颗卫星，使用26个英文字母排序，按照A、B、C、D的顺序排列为每个卫星编号；如果超过了26个编号，则使用两位字母，如AA、AB、AC编号。

（6）TLE历时

 世界标准时间（UTC，UniversalTime/Temps Cordonné），又称为协调世界时。

（7）平均运动的一阶时间导数

平均运动的一阶时间导数作为一个平均运动的漂移参数，用来计算每一天平均运动的变化带来的轨道漂移，提供给轨道计算软件预测卫星的位置。两行式轨道数据使用这个数据校准卫星的位置。

（8）平均运动的二阶时间导数

平均运动的二阶时间导数作为一个平均运动的漂移参数，用来计算每一天平均运动的变化带来的轨道漂移，提供给轨道计算软件预测卫星的位置。

（9）BSTAR拖调制系数

BSTAR拖调制系数，采用十进制小数，适用GP4一般摄动理论的情况下、BSTAR大气阻力这一项，除此之外为辐射压系数。 BSTAR拖调制系数的单位是1/(地球半径)。

（10）美国空军空间指挥中心内部使用

美国空军空间指挥中心内部使用的为1；美国空军空间指挥中心以外公开使用标识为0。

（11）星历编号

星历编号是TLE数据按新发现卫星的先后顺序的编号。当一个卫星生成了一套新的TLE数据。在新的TLE数据中， 新发现卫星的星历编号按顺序排列，每个数字代表一定意义。如“鑫诺3号”卫星的星历编号为444。

（12）校验和

校验和是指这一行的所有非数字字符，按照“字母、空格、句点、正号= 0；负号=1”的规则换算成0和1后，将这一行中原来的全部数字加起来，以10为模计算后所得的和。

校验和可以检查出90%的数据存储或传送错误。按十进制加起来的个位数字的校验和，用于精确纠正误差。

第1行或第2行的校验和，就是第1行或第2行的精确纠正误差的数字。
（13）轨道的交角(度数：°)

轨道的交角是指天体的轨道面和地球赤道面之间的夹度，用0～90°来表示顺行轨道（从地球北极上空看是逆时针运行）；用90～180°表示逆行轨道（从地球北极上空看是顺时针运行）。如图1 轨道的交角所示。

（16）升交点赤经 (度数：°)

升交点赤经是指卫星由南到北穿过地球赤道平面时，与地球赤道平面的交点。

降交点是指卫星由北到南穿过地球赤道平面时，与地球赤道平面的交点，如图2升交点赤经所示。

升交点赤经是指从地球的球心点望过去，升交点的赤经坐标。

（17）轨道离心率

轨道离心率是指卫星椭圆轨道的中心点到地球的球心点的距离（c）除以卫星轨道半长轴(a)得到的一个0（圆型）到1（抛物线）之间的小数值。

在TLE格式中没有体现出小数点，但是总是假定有一个小数点在第一个数字之前。它说明了卫星的轨道椭圆有扁率，以及近地点和远地点的轨道高度，如图4离心率所示。 （18）近地点角距

近地点角距是指在卫星的轨道平面内，从升交点到近地点按照卫星运行方向所走过的角度。近地点角距的数值是一个范围在0～360°之间的度数。如图5近地点角距所示。（19）平近点角

平近点角是指平近点角与真近点角和偏近点角之间的关系，即卫星在椭圆轨道上的瞬间位置。平近点角通过开普勒方程求得。平近点角主要用来指示卫星在TLE数据中的特定的TLE历时瞬间时刻的位置。平近点角的数值是一个范围在0～360°之间的度数。

（20）平均运动

平均运动（n）是指在一个太阳日内（24h），卫星在它的轨道上绕了多少圈。

平均运动的数值可以在每天0到17圈，没有每天超过17圈的稳定的地球卫星轨道。

卫星轨道周期（T）可以通过求平均运动的倒数获得；卫星轨道半长轴可以用平均运动的数值通过开普勒第三定律求得。开普勒第三定律，又称调和定律：行星绕日一圈时间的平方和行星各自离日的平均距离的立方成正比。

（21）在轨圈数

在轨圈数是指卫星从发射到TLE数据记录的TLE历时之间卫星在轨道上绕行的总圈数。在轨圈数的最后一位数是小数。