Transformaciones de coordenadas TLE SGP4

Estoy trabajando en el desarrollo de un propagador de órbita SGP4 fácil de usar en C en un PIC24.

He leído mucho Revisiting Spacetrack Report #3 y celestrak ; tengo algunas preguntas pendientes.

Tengo la parte SGP4 funcionando. Puedo pasar TLE's y obtener los resultados esperados del Apéndice de Revisiting Spacetrack Report #3. Sin embargo, los TLE no son intuitivos ni fáciles de escribir sin cometer un error. También tienen información superflua. No hace falta decir que no quiero usar TLE.

Los usuarios tendrán acceso a telemetría GPS; entonces, en cambio, me gustaría pasar la posición y la velocidad de ECI, el tiempo 1, el tiempo 2 y los parámetros de orientación de la Tierra. Pero parece haber una desconexión en mi comprensión de los diversos marcos de coordenadas involucrados.

Mi plan de ataque actual es hacer las siguientes transformaciones:

ECI a ECEF por GMST

ECEF a PEF por EOP

PEF a TEME por GMST

TEME a elementos orbitales (en TEME) por métodos estándar

Propagación a través de SGP4 (sobre t2-t1, los vectores resultantes son TEME)

TEME a PEF por GMST (ahora en el tiempo 2)

PEF a ECEF por EOP (ahora en el tiempo 2)

ECEF a ECI por GMST (tiempo 2)

Luego sacaría los vectores de posición y velocidad.

Tengo varias preguntas, y agradecería cualquier ayuda o sugerencias de recursos:

  1. ¿Parece este el enfoque correcto? Para mí, parece como ir en círculos desde un marco inercial (ECI) a través de marcos fijos de la Tierra (ECEF, PEF) y luego volver a inercial (TEME).
  2. ¿Puedo hacer la posición/velocidad estándar a los elementos orbitales keplerianos en el marco TEME (y viceversa)? Tomé los TLE del apéndice D de Revisiting Spacetrack Report #3, usé esos elementos orbitales para producir vectores de velocidad de postulación y los comparé con el estado original en el apéndice E correspondiente a ese TLE. Hacerlo provoca errores del orden de 5-10 km en cualquier dirección y 0,005 km/s en velocidades.
  3. Finalmente, ¿es incorrecto incluso hablar de marco ECI? Es decir, ¿ECI es una clase de marcos de coordenadas pseudoinerciales y fijos en el centro de la Tierra? TEME sería uno de estos marcos, ¿GCRF otro?

Gracias de antemano por cualquier ayuda. Sé que esta es una publicación larga: he pasado bastante tiempo tratando de garantizar la implementación correcta.

Siglas:

  • TEME: True Equator Mean Equinox (El marco TEME es el marco de coordenadas de la salida de SGP4)
  • GMST: hora sideral media de Greenwich
  • EOP: Parámetros de Orientación de la Tierra
  • PEF: Pseudo Tierra Fijo
  • ECI: inercial centrada en la Tierra
  • GCRF: Marco de referencia celeste geocéntrico
  • SGP4: Perturbaciones generales simplificadas 4

Respuestas (1)

Si bien esta respuesta se escribió para una pregunta/proyecto diferente, señala que los conjuntos de elementos de dos líneas y el propagador SGP4 funcionan juntos y cada uno está diseñado específicamente para funcionar solo con el otro. Los elementos de un TLE no son exactamente elementos orbitales keplerianos , aunque los nombres de los parámetros se superponen con los nombres de los elementos keplerianos.

Esto se debe a que las órbitas alrededor de la Tierra no son keplerianas , y la propagación precisa de las órbitas en el tiempo debe tener en cuenta varios efectos no keplerianos, que incluyen:

  • Arrastrar
  • Oblatividad de la Tierra (como se expresa en el gran tamaño de la Tierra) j 2 término y muchos otros)
  • La "grumosidad" de la gravedad de la Tierra (como se expresa en la gravedad de la Tierra) j 22 término y muchos otros)
  • Perturbaciones gravitacionales de la Luna y el Sol (según lo maneja SDP4 integrado en las versiones modernas de SGP4 durante períodos de más de 225 minutos, como se explica en las correcciones de "Espacio profundo" en SGP4; ¿cómo explica la gravedad del Sol y la Luna? .

Puedo recomendar dos formas de proceder:

  1. No se meta con el éxito, deje intacto el exitoso equipo TLE + SGP4, haciendo solo un envoltorio. Deje lo que llama información "superflua" bajo su propio riesgo.
  2. Use TLE + SGP4 para producir un vector de estado (posición 3D más velocidad 3D) y luego propáguelo en un espacio de marco inercial cartesiano usando su propio modelo para el campo monopolar de la Tierra más todos los efectos en las viñetas anteriores, lo cual es todo un desafío técnico.
¡Gracias por la respuesta! Pregunta de seguimiento: si elijo la opción 1, ¿debo decirle al usuario que extraiga el TLE de NORAD como entrada en la época? Y luego todavía necesito obtener la salida TEME en un marco relevante, ¿correcto?
TEME = Equinoccio medio del ecuador verdadero
TEME = Equinoccio medio del ecuador verdadero GMST = Tiempo sideral medio de Greenwich EOP = Parámetros de orientación de la Tierra PEF = Fijo de la pseudotierra El marco TEME es el marco de coordenadas de la salida de SGP4. Los Parámetros de Orientación de la Tierra son las coordenadas x,y del eje de rotación de la Tierra, están publicados aquí: celestrak.com/SpaceData
Y para responder a tu primera pregunta. Es posible que el TLE no esté disponible (todavía no estoy completamente seguro de cómo obtener los TLE en primer lugar), pero la telemetría GPS estará disponible como posición, velocidad en la época en un marco fijo terrestre. Me gustaría que el usuario pueda ingresar fácilmente los datos que tiene disponibles y obtener una salida en un formato fácil de usar.
@AshtonMeginnis ¡Gracias por tu respuesta! Voy a echar otro vistazo. Para obtener TLE, consulte las respuestas a Obtener datos archivados de TLE y también , ¿space-track.org es un servicio gratuito?
Transformaciones de coordenadas TLE SGP4
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v