卫星轨道报

林火监测业务常用卫星轨道报及其解读
闫厚（国家林业局森林防火预警监测信息中心北京100714）
廖晓宏（北京川页电气科技发展有限公司北京100714）
摘要利用卫星轨道报进行卫星轨道预报是林火监测业务的重要环节。

本文介绍了卫星轨道报的种类、相关概念和内容含义，为利用卫星轨道报进一步作好林火监测各项工作奠定基础。

关键词林火监测卫星轨道报
在卫星林火监测业务中，必须对卫星过境时间、扫描区域和卫星运动轨迹进行准确预报，才能确保地面站天线系统的正常运行，为森林火灾处置提供及时准确的监测成果。

人造地球卫星在空间环绕地球运行,可用轨道半长轴、偏心率、倾角、升交点赤经、近地点角距和近地点时刻等六个要素描述。

记录了这六个轨道参数的文件，称为卫星轨道报，又叫开普勒根数（Keplerian Elements，简称“Keps根数”），是以400年前德国天文学家开普勒命名的。

详细了解卫星轨道报格式内容，对于深入了解监测系统构造、确保监测系统稳定运行和提高林火监测技术水平都具有非常重要的意义。

1相关术语
为便于对卫星轨道报的理解，需要对涉及的相关术语进行解释。

人造地球卫星绕地球运行遵循开普勒行星运动三定律。

（1）卫星轨道为一椭圆，地球在椭圆的一个焦点上。

其长轴的两个端点是卫星离地球最近和最远的点，分别叫做远地点和近地点。

（2）人造地球卫星在椭圆轨道上绕地球运行时，其运行速度是变化的，在远地点时最低，在近地点时最高。

速度的变化服从面积守恒规律，即卫星的向径（卫星至地球的连线）在相同的时间内扫过的面积相等。

（3）人造地球卫星在椭圆轨道上绕地球运行，其运行周期取决于轨道的半长轴（与半长轴的二分之三次方成正比）。

由此可知，人造地球卫星在空间的位置可以用半长轴、偏心率、倾角、升交点赤经、近地点角距和近地点时刻等参数来描述。

这些特定参数解释如下：
春分点 - 在地球和太阳的相对运动中，如果假定地球不动，则太阳绕地球运行，当太阳从地球的南半球向北半球运行时，穿过地球赤道平面的那一点叫春分点；
升交点 - 人造地球卫星绕地球运行，当它从地球南半球向北半球运行时，穿过地球赤道平面的那一点；
星下点 - 卫星与地球中心连线在地球表面的交点；
历元年 - 轨道报预报的年份；
星下点轨迹- 所有星下点连成的曲线；
近地点时刻 - 即卫星通过近地点的时间；
升交点赤经Ω- 从春分点到地心的连线与从升交点到地心的连线的夹角；
近地点幅角ω- 又称近地点幅角，就是卫星从升交点到地心的连线与从近地点到地心
的连线的夹角；
半长轴–轨道长轴的一半；
偏心率e- 轨道焦距与半长轴之比；
倾角i -在卫星轨道升段时由赤道平面反时针旋转到轨道平面的夹角；
平均近地角 - 若卫星通过近地点的时刻为tp，卫星的平均角速度为 n，则任一时刻的
平均近点角M=n（t-tp）。

2 卫星轨道报数常见形式
在林火监测业务中，常用的卫星轨道报主要有TBUS轨道报和TLE两行根数轨道报两种形式。

一般情况下，在互联上每天都有最新轨道报发布，用户必须及时下载更新，才能准确计算出卫星进入接收范围的时间，空间位置、星下点轨迹等，为天线系统提供精确的跟踪参数，确保卫星资料的正常接收。

TBUS轨道报提供的卫星参数较多，应用方便，而且精度较高，称为精轨根数，但目前只有我国的FY1D和美国的NOAA系列等应用较广的气象卫星发布了TBUS轨道报,可以从网站 /cemscs/poltbus.txt下载得到；TLE两行根数轨道报(Two Line Element)是加拿大和美国合建的北美防空联合司令部（North American Air Defense Command，简称NORAD）用地面雷达测量出来的，涵盖了气象卫星、海洋卫星、地球资源卫星、教育卫星等各类应用卫星，可以从网站/NORAD/elements/下载得到。

由于两行根数轨道报提供的卫星轨道参数较少，精度没有TBUS高，所以称为粗轨根数，但其精度可以满足林火监测业务工作需要。

2.1 TBUS轨道报的解释
以2008年9月25日NOAA18轨道报为例，卫星轨道报大体可分为报头、报体和附注三部分。

2.1.1报头
报头一般由三行组成，描述了预报时间、卫星名称等。

如：
TBUS 7 KWBC
APT PREDICT
092539 NOAA 18
表示该轨道报为“9月25日NOAA18卫星的TBUS轨道报”。

2.1.2报体：
报体内容分为PART I 、DAY PART II 、III、NIGHT PART II、III五部分。

PART I
07263 0 25 14 012 15 0 0851 T0205 L2552
A B C D E F G H I
72672 10038 11061
A C
7271 0 3 49 01 2 4728
A C D E F G
7275 1 0 37 25 3 4519
A C D E F G
A-参考轨道数，例如7263、7267、7271、7275，一天中每隔四条轨道报一次升交点时间和升交点经度；B-日期，25日；C-时；D-分；E-秒，即14时12分15秒。

无论TBUS轨道报还是TLE轨道报，其所标识的时间均为世界时，需转换为北京时，即北京时 = 世界时＋8。

F-卫星将经过的区域，0区。

轨道报将全球分为八个区，各区分布如下:
表1 全球各区域分布
90°E 180°90°W 0°90°E
北半球
南半球
北京在北半球116度，因此北京在第2区。

G-卫星在升交点（卫星绕地球运行，当它从南半球向北半球运行时，穿过地球赤道平面的那一点）的经度，单位为度，小数2位，度数超过100,百位省略，即8.51度；H-卫星在交点上的周期，省去百位数，后两位为秒，即102分05秒；I-两相邻轨道间的截距，单位为度，两位小数，即L=25.52°。

DAY PART II ：卫星自南向北运动过赤道后每隔2分钟卫星的高度和星下点位置，以第一条轨道数为准。

例如：
02 840 070 101 04 840 140 117 06 840 210 134
A BC D E A BC D E A BC D E 后面类推┉
A-卫星过赤道后的时间，02表示过2分钟，04表示过4分钟；B-此时卫星的高度，舍去个位数；C-此时卫星所在区域，0区；D-星下点纬度，单位为度，小数一位；
R-星下点经度，单位为度，小数一位。

NIGHT PART II：卫星自北向南运动过赤道前每隔2分钟卫星的高度和星下点位置，它是DAY PART II的继续。

格式与DAY PART II 一致。

NIGHT PART III：是NIGHT PART II的继续。

DAY PART III：表示卫星自南向北运动过赤道前每隔2分钟卫星的高度和星下点位置，以第一条轨道数为准。

2.1.3附注
PART IV 为附注部分，描述了卫星的一些基本参数，例如：
2005 018A 16719 231021377872 080818003047048 3344486
(1) (2) (3) (4) (5)
01020431 01020987 00143690 13669301 17119927 09887098
(6) (7) (8) (9) (10) (11)
22354485 07230647 M071586135 P011083097 M000000000
(12) (13) (14) (15) (16)
P0******* P0******* P0******* 011082495 065066006 9449
(17) (18) (19) (20) (21) (22)
0000500000 M00276293 P0******* P0*******
(23) (24) (25) (26)
APT 137.10 MHZ, HRPT 1698.0 MHZ, BCN DSB 137.35 MHZ. APT
2,4. VIS CH 2 /0.725 TO 1.0/ AND IR CH 4 /10.5 TO 11.5/ XMTD
CONTINUOUSLY. DCS CLK TIME YR/DA/TIM 1995 021 79186.656
LAST TIP CLK CORR 03/13/07. CLK ERR AFTER CORR MINUS 463 MSEC.
CLK ERR AS OF 08/11/08 PLUS 82 MSEC. ERR RATE AS OF 04/30/08 PLUS .
(27)
(1)卫星识别指示码（国际标码）；(2)历元轨道数（下列参数直接属于这条轨道）；(3)上述历元轨道的升交点时间，单位为日（从1月1日算起的累积日数），9位小数；(4)表示升交点的历元时间为08年8月18日0时30分47.048秒，三位小数；(5)历元时刻格林威治的时角，单位为度，4位小数；(6)近地点周期，单位为分钟，4位小数；(7) 交点周期，单位为分钟，4位小数；(8)偏心率，8位小数；(9)近地点角距，单位为度，5位小数；(10)升交点赤经，单位为度，5位小数；(11) 轨道倾角，单位为度，5位小数；(12) 平均近地角，单位为度，5位小数；(13)半长轴，单位为公里，3位小数；(14)、(15)、(16)分别表示为历元时刻卫星位置的X、Y、Z分量，第一个是符号（P为正，M为负），单位公里，4
位小数；(17)、(18)、(19)分别为历元时刻卫星位置的X、Y、Z分量的速度，第一个是符号（P为正，M为负），单位公里/秒，6位小数；(20)发射特征系数，单位为M2/KG；(21)前三位和中三位分别表示每日日辐射通量和连续90天平日日辐射通量，后三位为行星磁指数；
(22)拖调制系数，4位小数；(23)辐射压系数，10位小数；(24)第一个是符号位，其后是近地点的运动，单位度/天，5位小数；(25)第一个是符号位，其后是升交点赤经的运动，单位度/天，5位小数；(26) 第一个是符号位，其后是历元时刻平均近地点变化率，单位度/天，2位小数；(27)对卫星一些应用参数的解释，如发射频率、调制信号的码速率，各通道的波长范围等。

有时也发布诸如卫星频率的改变、卫星故障等卫星使用信息。

2.2 TLE轨道报的解释
和TBUS轨道报一样，TLE轨道报记录了有关卫星运动的相关信息。

之所以称为两行轨道报，是由于该轨道报核心内容是由长度为69位的两行数据组成的，例如：NOAA 18
1 28654U 05018A 08267.4648065
2 .0000042
3 00000-0 25869-3 0 5906
2 28654 98.8737 207.2107 0015092 38.782
3 321.4425 14.11195840172337
具体解释如下表：
3结束语
利用卫星轨道报进行卫星轨道预报是林火监测业务的重要环节，本文给出了TBUS和TLE 两行根数轨道报的具体格式和具体含义，为读者在林火监测业务中的正确运用提供参考。

由于卫星技术具有多学科性，涵盖了天文、地理、物理、数学、通信等多个领域，要熟练运用卫星轨道报进行轨道计算，还要详细了解卫星运动规律、特点和相关参数的具体概念。

参考文献
[1]陈渭民.卫星气象学.气象出版社,2003
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[3]贺杰贺小闯高宇航.极轨卫星天线自动跟踪方法研究.气象水文装备,2006
[4]谢静波.用卫星轨道报计算卫星轨道的方法.无线电技术,2003。