CN117743275A - 基于sgp4预报模型的掩星轨道数据应用系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统及其方法，包括定时启动模块、定时模块、轨道处理模块、定时结束模块、日期选择模块和手动处理模块，所述定时启动模块依次与定时模块、轨道处理模块、定时结束模块通信连接，所述日期选择模块通过手动处理模块与轨道处理模块通信连接。本发明有益效果：本发明提供的自动链接FTP服务器，自动爬取掩星数据文件，自动调用SGP4预报模型，自动生成两行文件，自动将文件上传等自动化功能，不需要专人进行操作，减少操作人员负担；本发明生成的轨道精度与TLE网站在24小时内预报结果相差不大，可以用来跟踪；本发明生成的轨道，可以提供轨道供卫星进行跟踪。

Description

基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统及其方法

技术领域

本发明属于掩星轨道数据领域，尤其是涉及一种基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统及其方法。

背景技术

随着太空卫星数量增多，通过GNSS数据获取卫星位置速度信息，预报卫星轨道的应用越来越多。预报卫星轨道是指通过计算和预测卫星在空间中的运行轨道，以便进行卫星通讯、导航和观测等应用。预报卫星轨道需要考虑地球引力、大气阻力、太阳辐射压力等因素，以及卫星自身的姿态控制和推进系统。目前，掩星导航接收机轨道数据（位置速度信息）没法直接应用于卫星的跟踪，以及用户在网站下载的TLE轨道文件12个小时才会更新一次，TLE轨道文件精准度不是很准确，存在一定缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统及其方法，以解决上述现有技术中的至少一个问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统，包括定时启动模块、定时模块、轨道处理模块、定时结束模块、日期选择模块和手动处理模块，所述定时启动模块依次与定时模块、轨道处理模块、定时结束模块通信连接，所述日期选择模块通过手动处理模块与轨道处理模块通信连接。

进一步的，所述轨道处理模块包括SFTP文件控制模块、SGP4算法模块和卫星位置信息转换轨道模块，所述SFTP文件控制模块输入端分别与定时模块、手动处理模块通信连接，所述SFTP文件控制模块输出端通过SGP4算法模块与卫星位置信息转换轨道模块通信连接，所述卫星位置信息转换轨道模块与SFTP文件控制模块通信连接，所述SFTP文件控制模块还与定时结束模块通信连接。

第二方面，基于同一方面构思，本发明还提供了一种基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统的方法，包括以下步骤：

S1、选择是否启动定时，是，则进入步骤S2，否，则进入步骤S4；

S2、启动定时模块，设定定时开始时间；

S3、基于轨道处理模块对掩星导航接收机数据获取的轨道文件进行处理，然后进入步骤S6；

S4、操作人员基于日期选择模块，选择需要处理的卫星轨道文件日期；

S5、选定轨道文件日期后通过手动处理模块返回到步骤S3；

S6、到达定时结束时间，程序执行结束。

进一步的，在步骤S3中，基于轨道处理模块对轨道文件进行处理，包括：

S31、基于SFTP文件控制模块下载卫星轨道文件，并启动仿真场景；

S32、使用卫星轨道文件创建SGP4卫星；

S33、基于SGP4算法模块、卫星位置信息转换轨道模块调用SGP4预报算法模型将卫星轨道文件转换为两行TLE轨道文件；

S34、将两行TLE轨道文件上传至SFTP文件控制模块。

进一步的，所述卫星轨道文件的文件格式是.e。

进一步的，所述卫星轨道文件包括卫星XYZ位置以及速度信息。

相对于现有技术，本发明所述的基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统及其方法具有以下优势：

本发明所述的基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统及其方法，本发明提供的自动链接FTP服务器，自动爬取掩星数据文件，自动调用SGP4预报模型，自动生成两行文件，自动将文件上传等自动化功能，不需要专人进行操作，减少操作人员负担；本发明生成的轨道精度与TLE网站在24小时内预报结果相差不大，可以用来跟踪；本发明生成的轨道，可以提供轨道供卫星进行跟踪。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的整体系统方法总流程示意图；

图2为本发明实施例所述的整体系统方法详细流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

名词解释：

SGP4算法：TLE轨道报计算卫星轨道需要用到NORAD开发的SGP4/SDP4模型，SGP4模型是由Ken Cranford在1970年开发的，用于近地卫星，该模型是对Lane和Cranford(1969年)广泛解析理论的简化，这些模型需考虑到地球非球形引力、日月引力、太阳辐射压及大气阻力等摄动力的影响。SGP4(Simplified General Perturbations)即简化常规摄动模型，可以应用于轨道周期小于225分钟的近地球物体。SDP4(Simplified Deep SpacePerturbations)即简化深空摄动模型，应用于远离地球或者轨道周期大于225分钟的物体。如果将TLE轨道报代入SGP4模型，可以成功地对轨道周期小于225分的空间目标进行预测，求解出目标物体在任意时刻的位置和速度。

TLE，全称为Two Line Elements，是描述卫星轨道的一种标准格式。

如图1至图2所示，基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统，包括定时启动模块、定时模块、轨道处理模块、定时结束模块、日期选择模块和手动处理模块，所述定时启动模块依次与定时模块、轨道处理模块、定时结束模块通信连接，所述日期选择模块通过手动处理模块与轨道处理模块通信连接。所述轨道处理模块包括SFTP文件控制模块、SGP4算法模块和卫星位置信息转换轨道模块，所述SFTP文件控制模块输入端分别与定时模块、手动处理模块通信连接，所述SFTP文件控制模块输出端通过SGP4算法模块与卫星位置信息转换轨道模块通信连接，所述卫星位置信息转换轨道模块与SFTP文件控制模块通信连接，所述SFTP文件控制模块还与定时结束模块通信连接。其中SFTP文件控制模块在自动化流程（即轨道处理模块）中最开始和结尾都调用了，开始调用是为了下载掩星轨道文件（.e），结束调用是为将生成好的卫星轨道TLE文件放置于SFTP文件控制模块的SFTP服务器上进行存储，以便他人调用。

本发明的优势：

(1)本发明提供的自动链接FTP服务器，自动爬取掩星数据文件，自动调用SGP4预报模型，自动生成两行文件，自动将文件上传等自动化功能，不需要专人进行操作，减少操作人员负担。

(2)本发明生成的轨道精度与TLE网站在24小时内预报结果相差不大，可以用来跟踪。

(3)本发明生成的轨道，可以提供轨道供卫星进行跟踪。

本发明的第一个目的是提供一种使用掩星数据生成卫星轨道文件的方法，在用户不能在TLE网站下载卫星轨道时，为卫星跟踪提供一种轨道，进行卫星跟踪。

实现本发明第一个目的的技术方案是：使用SFTP传输协议（从SFTP服务器下载文件），链接SFTP服务器，在指定路径下获取掩星轨道文件，文件格式是.e（文件里包含内容：关于卫星每个时刻对应的XYZ轴的位置以及速度信息），获取轨道文件后，调用SGP4轨道预报模型，将掩星轨道数据从每个时刻对应的XYZ轴的位置以及速度信息转换为可以使用跟踪的与北美TLE精度差距不大的两行轨道。

如图2所示，启动定时模块到设定时间程序自己执行，从SFTP服务器下载卫星轨道文件（.e）以及之后的每一步，直到程序执行结束；手动时也会执行相应的程序。SGP4预报模型支持.e文件格式轨道文件。（轨道格式有很多种格式，例如.e .tle（两行根数）.kepler（六根数）.sp3(精密星历)等）。

本发明的第二个目的是提供一种定时自动生成掩星轨道的方式，减小人员操作。

实现本发明第二个目的的技术方案是：系统具备定时功能，基于定时启动模块与定时模块，在每天设定的时间点时刻，自动链接FTP服务器获取下载掩星轨道数据.e文件，生成可用的两行格式的TLE轨道文件，自动上传至FTP指定位置供操作人员使用，操作人员无需操作系统，只需要使用生成的文件就可以。

本发明的第三个目的是提供一种手动处理生成掩星轨道文件的方法，可预防特殊情况出现。

实现本发明第三个目的的技术方案是：选择想要使用哪天的掩星数据，基于日期选择模块点击日期按钮，通过手动处理模块点击手动后处理，系统就会自动连接FTP服务器，选择指定日期路径下的掩星数据作为输入，自动生成掩星两行轨道文件，自动上传到FTP服务器指定人员下载目录。

实例：

在本实例里，操作人员在定时模块里设定的时间是每天早上9点整执行程序过程，如果操作人员在9点之前不小心点击定时结束模块，等时间过了9点，就无法再点击定时启动模块，此刻无法处理当天的数据，只能明天9点处理明天数据。那么可以通过操作日期选择模块、手动处理模块即可处理任意一天的任何时刻数据。

基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统的方法，包括以下步骤：

S1、选择是否启动定时，是，则进入步骤S2，否，则进入步骤S4；

S2、启动定时模块，设定定时开始时间；

S3、基于轨道处理模块对掩星导航接收机数据获取的卫星位置速度信息进行处理，然后进入步骤S6；

S4、操作人员基于日期选择模块，选择需要处理的轨道文件日期；

S5、选定轨道文件日期后通过手动处理模块返回到步骤S3；

S6、到达定时结束时间，程序执行结束。

在实际使用时，本系统可以自动生成轨道文件，点击开始，到程序设定时刻就会执行，点击结束，自动化就会停止，选择相应日期，点击手动处理，就会处理指定日期的轨道文件。

在步骤S3中，基于轨道处理模块对掩星导航接收机数据获取的卫星位置速度信息进行处理，包括：

S31、从SFTP文件控制模块的SFTP服务器下载卫星轨道文件（文件格式是.e，包括卫星XYZ位置以及速度信息），并启动仿真场景；

S32、使用卫星轨道文件创建SGP4卫星；

S33、基于SGP4算法模块、卫星位置信息转换轨道模块调用SGP4预报算法模型将卫星XYZ位置以及速度信息转换为卫星使用的两行TLE格式的轨道文件；

S34、将两行TLE格式的轨道文件上传至SFTP文件控制模块的SFTP服务器目录。

本发明是通过掩星导航接收机数据获取的卫星位置速度信息，调用SGP4预报模型算法生成跟踪卫星使用的两行元素格式的轨道文件，从而对卫星过境地面站进行精准捕获跟踪，系统具有定时生成轨道文件，以及手动指定日期处理轨道文件的能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统，其特征在于：包括定时启动模块、定时模块、轨道处理模块、定时结束模块、日期选择模块和手动处理模块，所述定时启动模块依次与定时模块、轨道处理模块、定时结束模块通信连接，所述日期选择模块通过手动处理模块与轨道处理模块通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统，其特征在于：所述轨道处理模块包括SFTP文件控制模块、SGP4算法模块和卫星位置信息转换轨道模块，所述SFTP文件控制模块输入端分别与定时模块、手动处理模块通信连接，所述SFTP文件控制模块输出端通过SGP4算法模块与卫星位置信息转换轨道模块通信连接，所述卫星位置信息转换轨道模块与SFTP文件控制模块通信连接，所述SFTP文件控制模块还与定时结束模块通信连接。

3.基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统的方法，应用权利要求1-2任一所述的基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统，其特征在于：包括以下步骤：

S1、选择是否启动定时，是，则进入步骤S2，否，则进入步骤S4；

S2、启动定时模块，设定定时开始时间；

S3、基于轨道处理模块对掩星导航接收机数据获取的轨道文件进行处理，然后进入步骤S6；

S4、操作人员基于日期选择模块，选择需要处理的卫星轨道文件日期；

S5、选定轨道文件日期后通过手动处理模块返回到步骤S3；

S6、到达定时结束时间，程序执行结束。

4.根据权利要求3所述的基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统的方法，其特征在于：在步骤S3中，基于轨道处理模块对轨道文件进行处理，包括：

S31、基于SFTP文件控制模块下载卫星轨道文件，并启动仿真场景；

S32、使用卫星轨道文件创建SGP4卫星；

S33、基于SGP4算法模块、卫星位置信息转换轨道模块调用SGP4预报算法模型将卫星轨道文件转换为两行TLE轨道文件；

S34、将两行TLE轨道文件上传至SFTP文件控制模块。

5.根据权利要求4所述的基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统的方法，其特征在于：所述卫星轨道文件的文件格式是.e。

6.根据权利要求4所述的基于SGP4预报模型的掩星轨道数据应用系统的方法，其特征在于：所述卫星轨道文件包括卫星XYZ位置以及速度信息。