空间目标轨道分布特性分析实验报告

空间目标轨道分布特性分析实验报告

一、实验目的

1、了解空间目标轨道分布规律；

2、掌握TLE数据格式分析方法；

3、掌握空间目标高度分布特性分析方法与过程。

二、实验环境

Matlab或C语言

三、实验原理

1、空间目标及其分布

空间目标广义是指离地球表面120公里以外空间的所有目标，包括自然天体和人造天

体。本研究报告中的空间目标系指环绕在地球周围数万公里内的人造天体，包括卫星、平台

和运载，以及上述目标解体后形成的空间碎片。对这些人造目标进行监视属空间目标监视系

统的范畴。

根据有关研究，环绕地球的空间目标数目大约为35,000,000，其中大小在1〜10cm的

约110,000个，大于10cm的在8000个以上。目前美国空间目标监视系统可对30cm以上的

空间目标进行例行的日常观测，对10cm以上的目标可能观测到，但不能保证例行的日常跟

踪。上述空间目标中，到2008年8月24日，被美国空间目标监视系统编目过的空间目标数目为33311个，其中21597个已经陨落，11714个仍在轨。

空间目标都有一定大小、形状，运行在一定轨道上，使得每一空间目标都有其独特的轨

道特性、几何特性和物理特性。这些特性奠定了对空间目标进行定轨和识别的基础，尤其是

在用航天器一般都有特定的外形、稳定的轨道、姿态、温度等特性，是空间目标识别的主要技术支撑。

空间目标监视的核心任务是对空间目标进行探测、跟踪和识别。获取空间目标的几何特

征、物理特征和运动参数等重要目标信息，进而确定目标威胁度、警戒空间碰撞、提供安全

告警信息，是实施防御性空间对抗和进攻性空间对抗的基础。其中在空间目标的识别过程中，

空间目标的轨道特性是主要依据，而其几何特性和物理特性则是对其轨道特性的进一步补充。

征对探测系统的设计等都具有非常重要的参考价值。这里主要通过分析轨道根数的分布来完

空间目标的分布是指空间分布，空间分布由轨道分布体现，了解空间目标的轨道分布特

成空间目标分布的统计，主要从空间目标半长轴、偏心率和轨道倾角三个方面进行考虑。

2、TLE文件格式分析

NASA发布航天器轨道根数的文本文件是TLE格式，TLE文件有多种扩展名，包括*.wr、

*.fr、*.gd、*.om、*.sd和*.tce等六种，NORAD的双行轨道根数保存在tee文件中，由两行组成，有效字符为数字0-9，大写字母A-Z、正负号、空格和句点。其格式如下⑷：

比特位

1 3 8 10 17 19 3

2 34 4

3 45 52 5

4 61 63 69

1 NNNNNC NNNNNAAA NNNNN.NNNNNNNN +.NNNNNNNN +NNNNN-N +NNNNN-N N NNNNN

2 NNNNN NNN.NNNN NNN.NNNN NNNNNNN NNN.NNNN NNN.NNNN

NN.NNNNNNNNNNNNNN 包括的数据项有：行号、卫星编号、卫星密级、卫星国际编号(发射年份、年中序号、

发射中产生的目标序列)、历元之年份、历元之天数、平动一阶导数、平动二阶导数、大气阻力项、定规模型的类型、和校验结果、轨道倾角、升交点赤经、偏心率、近地点幅角、平近点角、平均角速度、相对于历元的圈数。

具体定义见表1、2。

表双行根数第二行格式定义

（1）1.2为NORAD根据目标初次发现所制定的编目号；

（2）1.4〜1.6是遵守国际公约依据最终发射时间的编号，与美国宇航局（NASA的国家空间科学数据中心（NSSDC等一致；

（3）1.7〜1.8的历元采用平太阳时。

以下是NORAD公布的第一颗全球星的双行根数，供对比参考。

GLBALSTAR 01

1 25162U 98008 00069.18987500 -.00000104 00000-0 00000-0 0 3422

2 25162 52.0028 117.1248 0000635 142.961

3 217.1298 12.62272059 95313

通过对空间目标轨道信息的分析，确定将从tee文件中提取的数据项有卫星编号、轨道

倾角、升交点赤经、偏心率、近地点幅角、平近点角、平均角速度。

四、实验内容

1、分析两行根数(TLE)的数据格式；

用matlab读取*.TCE文件，本实验主要用的是fopen、importdata和str2num 三个函数, 先用fopen函数打开文件，然后用importdata函数将原文件中的数据以struct型读取出来，并存入S矩阵，其结构如下：F^l S <1x1 struct»

Held *Value

5data<21150x2 doubles

textdata<211^0x7 cell>

代码如下：

S=fope n( 'stkSatDbAll.tce');

S=importdata('stkSatDbAll.tce');

采用此种方法读取的数据，可以将原文件中的卫星编号、轨道倾角和轨道偏心率等信息直接以类似矩阵的形式存放，只是数据格式为cell型，暂无法直接进行运算：

回S.textdata <21190x7 cell>

1234567 1100005U58002B07133.209...*.0000010500000-0-1110S 3

220000534.2375173.40671B52O49104.05S4277.1SB4

3100011U59OO1A07139.835...-.0000004400000-0-26374-4

420001132.8792302,54521433772356,1867 2.8416

5100012U59001B07140.985...-.0000003800000-0-44544-4

620001232,904597.98021681770231.0666112.7794

7100016U58002A0713&765....0000020600000-025323-3

820001634.2793264.019720334S9261.727074.9179

q100020U59007A07140.613....0000028900000-0105^2-3

in7祝2%门礒 1 巧口gn ansi TTNfM Afi

利用以下代码提取含有六个轨道根数的偶数行:

[m1 n1]=size(S.textdata);

[m2 n2]=size(S.data); for i=2:2:m1

for j=1: n1

A(i/2,j)=S.textdata(i,j);% 提取偶数行