[發(fā)明專利]一種基于衛(wèi)星編隊的非合作目標位置速度跟蹤方法

有效

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• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109709537B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設計）人: 蒙濤;杜揚欽;金仲和
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S13/72
• 分類號: G01S13/72
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜

本發(fā)明提供一種基于衛(wèi)星編隊的非合作目標位置速度跟蹤方法。針對利用衛(wèi)星編隊平臺的天基測角跟蹤對非合作目標觀測性較差、難以實時跟蹤的問題，提出了一種結合雙目視覺測量與擴展卡爾曼濾波(EKF)算法的天基非合作目標位置速度跟蹤方法。該方法通過雙星串行編隊構成的長基線進行雙目測量；針對雙星編隊的幾何特點，對目標粗測值加以修正；最后以帶J2攝動項的衛(wèi)星動力學模型作為系統方程，以衛(wèi)星軌道坐標系到地心慣性坐標系的轉移矩陣作為觀測方程，對目標的位置與速度更新估計。與現有技術相比，本發(fā)明測距系統功耗較低，計算開銷小，且基線長度可調節(jié)，適用于對非合作目標的位置速度實時跟蹤。

技術領域

本發(fā)明涉及一種非合作空間目標的位置速度跟蹤方法，尤其是依靠衛(wèi)星編隊構成雙目測量基線的目標跟蹤方法。

背景技術

天基非合作目標跟蹤是指基于衛(wèi)星、航天飛機、空間站等天基平臺，利用雷達、可見光、紅外等多種探測技術手段對空間非合作目標進行精確探測和跟蹤，以確定目標航天器的工作任務、尺寸、形狀和軌道參數等重要目標特性，對目標特性進行歸類和分發(fā)等，進而確定目標威脅度、警戒空間碰撞、提供安全告警信息。天基非合作目標跟蹤系統是空間安全體系的基礎，其能力制約著空間攻防對抗作戰(zhàn)效能。根據探測方式的不同，可分為天基雷達跟蹤與天基光電跟蹤兩種方式，前者以激光雷達、微波雷達為探測載荷，后者以可見光或紅外敏感器作為探測載荷。另外，根據觀測資料的不同，還可分為天基測角跟蹤與天基測距跟蹤兩種方式。

利用衛(wèi)星編隊及星座作為觀測平臺是天基非合作目標跟蹤的重點發(fā)展方向之一。衛(wèi)星編隊及星座具有小型化、成本較低、可靠性高等特點，近年來受到航空機構與企業(yè)的青睞。美國國家偵查局(NRO)開展的STARE計劃(The Space-based Telescopes forActionable Refinement of Ephemeris，可操作精化星歷表天基望遠鏡)是以3U立方星為載荷的納衛(wèi)星星座空間監(jiān)視項目，其LEO目標定軌精度可達100m。美國洛馬公司提出的GEO目標監(jiān)視納衛(wèi)星星座系統由運行在GEO軌道以上500km處的多顆3U立方星組成，衛(wèi)星前后側分別配備18°寬視場可見光相機，可在不轉動星體的條件下觀測GEO軌道東西兩側的空間目標。

目前的研究與應用中，天基測角跟蹤是天基非合作目標跟蹤的主要方式。一方面，測角信息對地心位矢方向上位置與速度的觀測性較差，本質上存在病態(tài)性；另一方面，受動力學和敏感器視野的限制，天基測角跟蹤難以對空間目標進行實時跟蹤，對于非合作目標，這些不利影響尤其顯著。對此，本文提出一種利用測距資料的非合作目標跟蹤方法，基于衛(wèi)星編隊平臺，利用多個光學敏感器構成雙目測量基線，解算得到目標的相對位置信息，進而跟蹤非合作目標的位置與速度。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于，提供一種基于衛(wèi)星編隊的非合作目標位置速度跟蹤方法，克服了現有技術的不足，解決了利用衛(wèi)星編隊平臺的天基測角跟蹤對非合作目標觀測性較差、難以實時跟蹤的問題。

本發(fā)明的技術方案是，一種基于衛(wèi)星編隊的非合作目標位置速度跟蹤方法，步驟如下：

1)以同軌串行衛(wèi)星編隊中的兩顆成員星作為測量單元，為這兩顆成員星設定目標星狀態(tài)量初始值{X_L0、P_L0、Q_L0、R_L0}，與{X_R0、P_R0、Q_R0、R_R0}；L和R分別代表衛(wèi)星行進方向上的前后兩顆成員星；

2)利用兩成員星攜帶的光學相機對目標成像，提取目標質心坐標

3)根據姿態(tài)敏感器測得的衛(wèi)星本體姿態(tài)對目標質心坐標進行修正，得到{u_L、v_L}、{u_R、v_R}。