Starlink衛星TLE軌道資料的相關分析

2025-05-24 10:56 太空與網路

Starlink衛星TLE軌道資料的相關分析
文 | 劉帥軍、徐帆江、劉立祥、嚴文勵、秦明宇、林翊鈞（中國科學院軟體研究所 中國科學院大學）
摘要
截至2025年5月19日，Starlink衛星累積發射8648顆。本文對自2019年SpaceTrack釋出的TLE軌道資料開展跟蹤分析，包括所有衛星的TLE釋出數量、頻次，並重點針對Starlink衛星的TLE從釋出數量、單星TLE數量及重複資料差異進行分析。
結果表明：
（1）SpaceTrack所釋出TLE資料重複總體佔比20%；
（2）TLE重複資料絕大多數完全一致，內容上有差異的僅佔比0.16%；
（3）釋出資料量在個別時間上有明顯差異，如2025年4月30日、5月1日兩天釋出數量幾乎為零；
（4）較早釋出的舊資料或較晚釋出的新資料在資料質量方面均存在問題，難以直接透過新舊程度判斷其優劣。
01
全球衛星TLE資料統計分析
2025年5月18日0時-24時（UTC-0時間），Space-Track釋出軌道TLE資料共61113條。其中，同一顆衛星在相同軌道曆元（Epoch）存在TLE資料重複（記作：資料重複）共11626條，佔比：19.02%；衛星國際編號與TLE中簡寫國際編號不一致（記作：ID不一致）共190條，佔比：0.31%。經篩選（去除資料重複及ID不一致）後的TLE資料共49297條，佔比：80.67%。

圖 1 過去一個月全球衛星TLE資料統計
圖 2 過去一個月全球衛星TLE資料佔比統計
由上可知：
（1） 過去一個月每天釋出TLE數量總體平穩，但在個別天數波動很大，如5月1日、2日幾乎沒有釋出資料，具體原因待後續探究。
（2） 資料重複佔比總體穩定，維持在20%左右。
02
Starlink衛星TLE統計情況
從資料有效性、單星TLE數量分佈開展分析。
2.1 資料有效性
2025年5月18日0時-24時（UTC-0時間），Space-Track共釋出21454條Starlink衛星的軌道TLE資料。其中，資料重複有4958條，佔比：23.11%；ID不一致有0條，佔比：0.0%；經篩選後TLE資料共16496條，佔比：76.89%。

圖 3 過去一個月Starlink衛星TLE資料統計

圖 4 過去一個月Starlink衛星TLE資料佔比統計
2.2 單星TLE數量分佈
篩選後的16496條TLE資料，涉及衛星7394顆。當天活躍衛星（釋出有TLE資料且尚未隕落的衛星）7464顆，TLE資料覆蓋率99.06%。
當天活躍衛星中，新增1條TLE的衛星有1578顆，佔比21.14%。新增2條TLE的衛星有3152顆，佔比42.23%。新增3條TLE的衛星有2072顆，佔比27.76%。新增4條TLE的衛星有562顆，佔比7.53%。新增5條TLE的衛星有30顆，佔比0.4%。

圖 5 新增衛星佔比
無新增TLE的衛星有70顆，佔比0.94%。其中至今天數在兩天以內（2025年5月17日0時-19日0時，UTC-0時間）的有42顆，超過兩天無新增的有2025-076AC等28顆，該28顆衛星軌道高度變化如下：

圖 6 無新增TLE資料時間超過兩天的Starlink衛星曆史高度變化
03
Starlink衛星
TLE資料重複統計分析
自2019年5月Starlink首顆衛星發射至2025年5月11日，SpaceTrack共釋出Starlink衛星TLE資料1664.48萬條，其中資料重複334.43萬條，佔比20.09%。這些重複資料中，絕大多數TLE完全一致，僅6350條資料存在差異（包括內容或格式），若僅考慮內容上的差異則僅5453條資料，佔比：0.16%。
3.1 TLE資料含義解釋
參考SpaceTrack中關於TLE格式的定義（https://www.space-track.org/documentation#tle），TLE主要由行1與行2組成，也可包含行0。示例如下：

行0主要資訊如下：
行0
列
例
描述
1-24
ISS (ZARYA)
基於衛星目錄中的資訊的物件的公用名。
行1含義如下：
行1
列
標識
例
描述
1
1
1
行號
3-7
NORAD
25544
衛星目錄號
8
CLASS
U
Elset 分類
10-17
INTLID
98067A
國際名稱號
19-32
EPOCH
04236.560314
軌道曆元（UTC）
*注意：在第21列和第22列中可以接受空格
34-43
1stP
.00020137
關於時間的平均運動的一階導數
45-52
2stP
00000-0
關於時間的平均運動的二階導數（假設小數點）
54-61
BSTAR
16538-3
BSTAR拖動項
63
SGP/SDP
0
元素集型別
65-68
idx
999
元素編號
69
Chck
3
校驗和
行2含義如下：
行2
列
標識
例
描述
1
2
2
行號
3-7
NORAD
25544
衛星目錄號
9-16
INCL
51.6335
軌道傾角 （度）
18-25
RAAN
344.776
升交點的赤經（度）
27-33
EFFC
0007976
偏心率（僅保留小數位，前應補0.）
35-42
ArgOfP
126.2523
近地點輻角（度）
44-51
TrueAno
325.9359
平近點角（度）
53-63
RndPerD
15.70406856
平均運動（轉數/天）/日繞地球圈數
64-68
RndTtl
32890
繞地球總圈數
69
Chck
6
校驗和
3.2 資料重複中欄位差異性總體佔比分析
經對資料重複的多組TLE相互對比分析，發現差異欄位佔比、差異位佔比及總體差異分佈統計如下：
圖 7 資料重複且內容有差異的Starlink衛星TLE資料差異分析
由上可看出：
（1）有較明顯差異的欄位包括：一階時間導數、二階時間導數、BSTAR拖動項、行1校驗和、軌道傾角、RAAN、偏心率、近地點輻角、平近點角、日繞地球圈數、繞地球總圈數、行2校驗和；同時，一階時間導數等欄位有差異，但高位差異小，低位差異大。
（2）NORAD有微小差異的資料共22組，佔比0.40%。該22組資料是由所釋出TLE資料中欄位有誤導致，即NORAD與COSPAR_ID對映關係寫錯，具體如下：

3.3 資料重複中軌道高度等差異分析
在TLE軌道資料中，日繞地球圈數反映了衛星軌道高度。5453組重複資料中，日繞地球圈數引數不一致的有969組，佔比17.77%。
將日繞地球圈數轉換為軌道高度，則資料重複兩組TLE的軌道高度差總體分佈如下：

  • 44.69%的資料（433組），軌道高度誤差在0.01km內；
  • 71.82%的資料（696組），軌道高度誤差在0.1km內；
  • 91.95%的資料（891組），軌道高度誤差在0.5km內；
  • 95.67%的資料（927組），軌道高度誤差在1.0km內。
軌道高度誤差超過1.0km的有42組，軌道高度對比如下：

其中，有一組資料值得關注，釋出較早的資料軌道高度730km，而新發布的資料軌道高度為336km。如下為所涉及的三組TLE資料：
(1)
釋出較早的舊資料，
釋出時間：2023-09-01 06:56:20
1 57437U 23105H   23214.95951389  .00056446  00000-0  14652-1 0  9992
2 57437  43.0234  30.1967 0008880 321.7854  82.8360 14.48908882  2702
(2)
釋出較晚的新資料，
釋出時間：2023-09-01 17:48:03
1 57437U 23105H   23214.95951389  .00362892  00000-0  20126-2 0  9991
2 57437  43.0020  30.2210 0002662 236.4858 125.5342 15.77722397  1303
(3)
釋出較晚的新資料，
釋出時間：2023-09-01 22:46:17
1 57437U 23105H   23214.95951389  .00362892  00000-0  20126-2 0  9991
2 57437  43.0020  30.2210 0002662 236.4858 125.5342 15.77722397  2708
其中，進一步綜合編號57437的衛星軌道資料來看，釋出較早的舊資料為資料野值。
軌道傾角方面，5453組資料重複TLE中，軌道傾角引數不一致的有452組，佔比8.29%。其中，差異較大的也是因為資料野值問題。
04
總  結
本文對SpaceTrack所釋出的TLE軌道資料開展分析，主要包括每日釋出數量及TLE資料重複性等方面。重點針對Starlink衛星軌道資料重複的334.43萬條資料分析，發現內容上有差異的僅5453組（佔比0.16%），且差異較大的資料多為野值。
TLE軌道資料對於開展構型研判、軌位異動等具有重要作用，而資料質量對結果具有重要影響，因此開展TLE軌道資料完備性、重複性等相關分析具有重要意義。除卻上述工作，從資料釋出時間、升交點經度等分佈的分析，也有助於開展空間態勢感知策略反演。
>End
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