[發(fā)明專利]一種三維空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)觀測(cè)追蹤方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911033980.4
• 申請(qǐng)日: 2019-10-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112731536B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張麗敏;王舒凡;張一;徐明明;朱宇;閆鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué);北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部
• 主分類號(hào): G01V3/00
• 分類號(hào): G01V3/00;G01V3/38;G01R29/24;G01P3/66;G01P13/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提出了一種三維空間目標(biāo)觀測(cè)追蹤方法，其特征在于，設(shè)置四個(gè)觀測(cè)面，相鄰觀測(cè)面成45°夾角，進(jìn)行三維全方位觀測(cè)，每個(gè)觀測(cè)面上放置三個(gè)呈等腰直角三角形的金屬極板同時(shí)感應(yīng)目標(biāo)經(jīng)過(guò)時(shí)電荷量的變化，首先通過(guò)兩個(gè)互相垂直的觀測(cè)面并讀取探測(cè)信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)可確定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度，然后選取四個(gè)探測(cè)面上與運(yùn)動(dòng)方向平行或最接近平行的觀測(cè)面，讀取該觀測(cè)面上三組電壓波形的過(guò)零點(diǎn)和峰谷值之間的時(shí)間差可得到目標(biāo)與觀測(cè)端的距離和運(yùn)動(dòng)路線參數(shù)。本發(fā)明方法顯著優(yōu)勢(shì)為屬于天基觀測(cè)，通過(guò)感應(yīng)電荷變化和檢測(cè)幾個(gè)特征時(shí)間點(diǎn)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)觀測(cè)，不受光線、空間輻射以及溫度影響，只需要一個(gè)衛(wèi)星承載探測(cè)端，設(shè)備復(fù)雜度低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)觀測(cè)追蹤方法，尤其涉及一種通過(guò)感應(yīng)電荷量變化實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)觀測(cè)和追蹤的方法。

背景技術(shù)

宇宙空間內(nèi)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)包括有效工作的航天器，以及空間碎片，而這其中，空間碎片的比例高達(dá)90％。空間碎片又稱軌道碎片，是指宇宙空間中除正常工作的飛行器外的所有人造物體，大到廢棄的衛(wèi)星、運(yùn)載火箭末級(jí)，小到固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后的小顆粒或從航天器上剝落下來(lái)的漆片。隨著人類航天活動(dòng)的擴(kuò)展，這些人造物體越來(lái)越多，這對(duì)已經(jīng)在軌運(yùn)行或今后將發(fā)射的航天器產(chǎn)生了日益嚴(yán)重的威脅和影響。因此，許多國(guó)家都在大力發(fā)展和研發(fā)新技術(shù)對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)追蹤，以提高空間碎片的預(yù)警預(yù)報(bào)能力。

目前的空間碎片觀測(cè)技術(shù)分為地基觀測(cè)和天基觀測(cè)兩大類。地基觀測(cè)主要包按照雷達(dá)觀測(cè)技術(shù)和光學(xué)觀測(cè)技術(shù)。雷達(dá)觀測(cè)通過(guò)主動(dòng)發(fā)射電磁波束照射空間碎片并接受其反射波以達(dá)到觀測(cè)目的。雷達(dá)觀測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是全天候工作且不受天氣影響，但其靈敏度較低，觀測(cè)距離有限，只能觀測(cè)低軌道上的空間碎片，其觀測(cè)能力主要取決于雷達(dá)的發(fā)射功率。光學(xué)觀測(cè)是通過(guò)接收碎片反射的太陽(yáng)光來(lái)觀測(cè)碎片的，優(yōu)點(diǎn)是可觀測(cè)高軌道上的和較小尺寸的碎片。但是，光學(xué)觀測(cè)只能在天空背景為黑暗，碎片被太陽(yáng)光照射的條件下進(jìn)行，而且觀測(cè)受地面天氣條件的限制。天基觀測(cè)包括兩種技術(shù)：一是將航天器表面或?qū)ｉT設(shè)計(jì)的探測(cè)器表面送上軌道，暴露在空間環(huán)境中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，回收帶回地面。通過(guò)對(duì)表面上的空間碎片撞擊痕跡進(jìn)行分析，以獲得有關(guān)空間碎片的特性數(shù)據(jù)。但這種方法并不能實(shí)時(shí)地觀測(cè)到碎片運(yùn)動(dòng)。二是天基雷達(dá)觀測(cè)，采用一定的方式(包括采用專用的觀測(cè)衛(wèi)星，或是小衛(wèi)星組網(wǎng)等)將雷達(dá)分布在需要普查的軌道范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間碎片的全面精確的觀測(cè)。該方法觀測(cè)結(jié)果分別率高，但是需要有多個(gè)承載衛(wèi)星，廣泛分布雷達(dá)組成觀測(cè)網(wǎng)，成本較高。

為此，本發(fā)明提出一種三維空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)觀測(cè)追蹤方法，該方法屬于天基觀測(cè)，不受光線、空間輻射以及溫度影響，只需要一個(gè)衛(wèi)星承載探測(cè)端，設(shè)備復(fù)雜度低，穩(wěn)定性好。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出一種通過(guò)感應(yīng)電荷量變化實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)觀測(cè)和追蹤的方法。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種三維空間目標(biāo)觀測(cè)追蹤方法，其特征在于，設(shè)置四個(gè)觀測(cè)面，相鄰觀測(cè)面成45°夾角，進(jìn)行三維全方位觀測(cè)，每個(gè)觀測(cè)面上放置三個(gè)呈等腰直角三角形的金屬極板同時(shí)感應(yīng)目標(biāo)經(jīng)過(guò)時(shí)電荷量的變化，經(jīng)微分處理后由采集處理模塊分別采集和測(cè)量三組電壓波形的過(guò)零點(diǎn)和峰谷值之間的時(shí)間差，首先通過(guò)兩個(gè)互相垂直的觀測(cè)面并讀取探測(cè)信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)可確定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度，然后選取四個(gè)探測(cè)面上與運(yùn)動(dòng)方向平行或最接近平行的觀測(cè)面，讀取該觀測(cè)面上三組電壓波形的過(guò)零點(diǎn)和峰谷值之間的時(shí)間差可得到目標(biāo)與觀測(cè)端的距離和運(yùn)動(dòng)路線參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的觀測(cè)追蹤。

一種三維空間目標(biāo)觀測(cè)追蹤方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

1)安裝四個(gè)觀測(cè)面，設(shè)置相鄰觀測(cè)面之間夾角為45°，每個(gè)觀測(cè)面由三個(gè)中心連線構(gòu)成邊長(zhǎng)為d的等腰直角三角形的金屬極板構(gòu)成；

2)將十二個(gè)金屬極板分別接入電荷傳感器，電荷傳感器均和采集處理模塊連接；