[發(fā)明專利]一種航天器碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610997309.1
• 申請(qǐng)日: 2016-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN106600107A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊天社;王徐華;高波;趙靜;高宇;吳冠;馮軍華;鐘衛(wèi)軍;王小樂;邢楠;傅娜;李方正
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)西安衛(wèi)星測(cè)控中心
• 主分類號(hào): G06Q10/06
• 分類號(hào): G06Q10/06
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心61204
• 代理人: 顧潮琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天測(cè)量與控制領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)航天器的碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。

背景技術(shù)

碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是航天器空間碰撞預(yù)警的核心內(nèi)容，是確保航天器安全運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。完整的碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要包括碰撞概率計(jì)算、破壞指數(shù)確定、碰撞風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)分級(jí)、碰撞風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等內(nèi)容。需要通過探測(cè)航天器周圍的空間碎片信息，確定航天器面臨的碰撞概率。航天器碰撞風(fēng)險(xiǎn)也與航天器自身的姿態(tài)，碰撞發(fā)生時(shí)的角度和相對(duì)速度等相關(guān)，需要將其量化為破壞指數(shù)。

目前碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中廣泛采用碰撞概率、最小接近距離等評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)確定碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算過程中不可避免地會(huì)受到誤差影響，交會(huì)時(shí)刻、位置速度矢量、位置誤差方差等輸人參數(shù)的準(zhǔn)確性直接影響到碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的可信性。僅僅使用最近接近距離和碰撞概率還無(wú)法確定真實(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要在碰撞概率計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行碰撞風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)估，提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的有效性和可信性，用于指導(dǎo)航天器碰撞規(guī)避。目前資料可查的碰撞風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估方法將輸入?yún)?shù)分為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估參數(shù)和品質(zhì)評(píng)估參數(shù)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估參數(shù)是用于描述碰撞風(fēng)險(xiǎn)大小的量，如接近距離和碰撞概率。品質(zhì)評(píng)估參數(shù)是描述用來(lái)預(yù)報(bào)接近事件的軌道確定精度的量，如預(yù)報(bào)時(shí)間和協(xié)方差等。這種方法雖然考慮了多個(gè)指標(biāo)，亦包含了足夠的信息量，但計(jì)算量大，不直觀、不易工程應(yīng)用及實(shí)時(shí)評(píng)估。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種航天器碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，通過碰撞指數(shù)確定、破壞指數(shù)確定、權(quán)系數(shù)確定和調(diào)整、碰撞風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算四個(gè)步驟處理，從航天器周圍的空間碎片信息中獲得其碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

(1)確定紅色預(yù)警對(duì)應(yīng)的分值為80-100；黃色預(yù)警對(duì)應(yīng)的分值為60-80；潛在危險(xiǎn)對(duì)應(yīng)的分值為0-60；

根據(jù)空間探測(cè)系統(tǒng)獲得的軌道高度、最近距離及碰撞概率確定碰撞預(yù)警等級(jí)，其對(duì)照表如下：

確定碰撞指數(shù)式中P_c是空間探測(cè)系統(tǒng)輸出的碰撞概率，P_t是碰撞概率門限，M_b是基礎(chǔ)等級(jí)分值，紅色預(yù)警對(duì)應(yīng)80，黃色預(yù)警對(duì)應(yīng)60，潛在預(yù)警對(duì)應(yīng)0，S_P最大值取100，如若超出最大值則作截?cái)嗵幚恚?/p>

(2)用碎片RCS與衛(wèi)星RCS比值表征碎片大小，用λ表示；

用碎片接近速度反映碎片對(duì)航天直接沖擊力，用γ表示；

用碰撞部位反映碎片碰撞后對(duì)航天器整體功能的影響程度，用η表示；

確定破壞指數(shù)D＝100ληγ；

(3)動(dòng)態(tài)調(diào)整碰撞指數(shù)權(quán)重和破壞指數(shù)權(quán)重，權(quán)重W₁表示碰撞指數(shù)權(quán)重，W₂表示破壞指數(shù)權(quán)重；其中，a為變權(quán)系數(shù)，將碰撞指數(shù)和破壞指數(shù)進(jìn)行聚合，記作E_fix＝0.8S_p+0.2D，將作為輸入?yún)?shù)，采用下凸遞增函數(shù)計(jì)算調(diào)整后的a；X_i表示指數(shù)項(xiàng)，X₁表示碰撞指數(shù)，X₂表示破壞指數(shù)；

(4)計(jì)算健康指數(shù)用于評(píng)價(jià)評(píng)估對(duì)象的碰撞風(fēng)險(xiǎn)；

(5)重復(fù)步驟(1)～(4)，分別計(jì)算n個(gè)碎片對(duì)目標(biāo)航天器的碰撞風(fēng)險(xiǎn)值E_j，碎片序號(hào)然后計(jì)算得到總碰撞風(fēng)險(xiǎn)根據(jù)總碰撞風(fēng)險(xiǎn)確定碰撞風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，紅色預(yù)警對(duì)應(yīng)的分值為80-100；黃色預(yù)警對(duì)應(yīng)的分值為60-80；潛在危險(xiǎn)對(duì)應(yīng)的分值為0-60。

本發(fā)明的有益效果是：在航天器空間碰撞概率計(jì)算及其分析處理結(jié)果的基礎(chǔ)上定義了航天器風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估的概念，并提出了碰撞指數(shù)和破壞指數(shù)的計(jì)算方法，該方法根據(jù)碰撞概率和其他空間探測(cè)信息能更加全面地考慮航天器所面臨的各種運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)該方法對(duì)碰撞指數(shù)和破壞指數(shù)權(quán)值系數(shù)進(jìn)行分配和動(dòng)態(tài)調(diào)整，相比僅僅考慮碰撞概率算出的結(jié)果置信度更高，所得的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果更符合航天器在軌運(yùn)行的實(shí)際情況。本發(fā)明所規(guī)范的評(píng)估過程簡(jiǎn)單清晰，可為航天器風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的工程化應(yīng)用提供有力的方法支撐。

附圖說(shuō)明

圖1是本方法框架圖。

圖2是本方法碰撞指數(shù)確定流程圖。

圖3是本方法破壞指數(shù)確定流程圖。

圖4是本方法權(quán)值系數(shù)確定及調(diào)整流程圖。

圖5是本方法碰撞風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。

本發(fā)明包括以下步驟：