Genauigkeit des SGP4-Schwerkraftmodells

Aus einer Simulation erhalte ich den momentanen Radiusvektor des Satelliten SFERA 2. Wenn ich diesen Radiusvektor mit dem vom SGP4-Propagator erhaltenen vergleiche, erhalte ich sehr große Unterschiede. Die folgende Grafik zeigt, was ich meine:

http://cristianopi.altervista.org/SFERA2_R.png

Wie der Radiusvektor berechnet wird

SGP4: Ausgehend von TLE 17247.56557513 propagiere ich diese TLE für 1 Umlaufbahn, die auf der TLE-Epoche zentriert ist, um das Perigäum und das Apogäum zu finden, und ich mache dasselbe für die nächsten 539 TLEs (das SGP4-Diagramm zeigt 540 Punkte, die von 540 TLEs erhalten wurden).

Die anderen 3 Plots werden von einem numerischen Propagator erhalten, der auf dem DOPRI853-Integrator basiert. Die anfängliche TLE ist die gleiche wie für das SGP4-Diagramm (17247.56557513). Das blaue Diagramm wird erhalten, wenn ich das GRACE Gravity Model Version 3 Combined auf die Ordnung und den Grad 25 abgeschnitten verwende, für das orangefarbene Diagramm verwende ich eine kugelförmige Erde und für das grüne Diagramm füge ich die J2-Störung hinzu.

Ist es möglich, dass das blaue Diagramm die wahre Form des Radiusvektors zeigt, während das SGP4-Diagramm nur eine ungefähre Form zeigt? Mit anderen Worten, ist es möglich, dass der SPG4-Propagator so falsch liegt?

Das SGP4-Modell zeigt jeden Tag einen Fehler von 1 bis 3 km. Ich denke, Grace is better berücksichtigt viel mehr Obertöne
Ich bin mir nicht sicher, ob ich Ihre Methode richtig verstehe, aber wenn Sie Orbitalelemente direkt aus dem TLE in Ihren numerischen Integrator einstecken, tun Sie das nicht
@Chris Ich konvertiere die TLE-Elemente mit dem SGP4 in den Oskulations-Anfangszustand, dann konvertiere ich den TEME-Oskulationszustand in den J2000-Oskulationszustand.
@Prakhar. Aber wenn wir das blaue Diagramm als das genaueste nehmen, ist der SGP4-Fehler unglaublich groß (bis zu 40 km!)
@Cristiano Nun, so wird es gemacht. Fortfahren
Während SGP4 tatsächlich etwa 1-3 km pro Tag verliert (und nicht linear wächst), liegt der größte Teil des Fehlers entlang der Strecke. Die radiale Komponente des Fehlers ist mindestens eine Größenordnung kleiner als diese.

Antworten (1)

Ist es möglich, dass das blaue Diagramm die wahre Form des Radiusvektors zeigt, während das SGP4-Diagramm nur eine ungefähre Form zeigt?

Nur weil SGP4 tatsächlich eine Annäherung (eine Annäherung mit ziemlich geringer Genauigkeit) der wahren Umlaufbahn ist, heißt das nicht, dass das blaue Diagramm besser ist. Ich vermute sehr stark, dass die blaue Handlung aus mehreren Gründen noch schlimmer ist. Einer ist, während SGP4 bei einem fairen Clip an Genauigkeit verliert, verwenden Sie jede einzelne TLE, um sich über ziemlich kurze Zeitintervalle zu verbreiten, weniger als einen Tag, wenn ich die Frage richtig gelesen habe. Dies eliminiert einen Großteil der Fehler, die sich aus der Verwendung von SGP4 ergeben. Im Gegensatz dazu verwenden Sie einen Anfangszustand und propagieren fast zehn Monate lang. Der Fehler in diesem Anfangszustand wird mit der Zeit mindestens quadratisch wachsen, und noch schlimmer, wenn es Verluste im System gibt.

Ein weiterer Grund ist, dass es offensichtlich Verluste im System gibt. Dies ist eine zerfallende Umlaufbahn. Ein atmosphärisches Luftwiderstandsmodell, das zwei signifikante Ziffern des Luftwiderstands liefert, ist ein sehr gutes Modell. Ein kleines Sonnenereignis lässt die obere Atmosphäre anschwellen. Der prognostizierte Luftwiderstand im Vergleich zum tatsächlichen Luftwiderstand in zehn Monaten hat null signifikante Stellen.

Schließlich verwenden Sie einen Integrator, Dormand-Prince, der notorisch schlecht für die Umlaufbahnausbreitung ist. So schlimm es auch ist, der einfache alte Vanilla RK4 leistet oft bessere Arbeit bei der Ausbreitung von Umlaufbahnen als Dormand-Prince. Als Zeichen dafür wird Ihre Umlaufbahn mit der Zeit exzentrischer. Der atmosphärische Widerstand sollte im Allgemeinen wirken, um eine Umlaufbahn zu kreisförmigisieren.

Hier gibt es ein oder zwei Lektionen zu lernen. Zum einen kann ein vermeintlich besserer Integrator in Wirklichkeit ein lausiger Integrator sein. Dies gilt insbesondere für die Orbitalmechanik. Ein weiterer Grund ist, dass das Hinzufügen von mehr Präzision zu einer verringerten Genauigkeit führen kann. Es gibt keinen Grund, ein 25x25-Erdgravitationsmodell in einer erdnahen Umlaufbahn zu verwenden. Die Fehler, die sich aus der Unkenntnis des atmosphärischen Luftwiderstands ergeben, überwältigen die Fehler, die sich aus der Verwendung eines Gravitationsmodells mit geringerer Genauigkeit ergeben. Schlimmer noch, höhere Grade verbessern nicht immer die Genauigkeit. Manchmal verschlechtert es die Genauigkeit. ...
... Dies gilt insbesondere, wenn ein adaptiver Integrator wie Dormand-Prince (matlab rk45) verwendet wird, der durch das Runge-Phänomen (das dem Gibb-Phänomen analog ist) künstlich hin und her gezogen werden kann.
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