[發(fā)明專利]基于天基光學(xué)觀測數(shù)據(jù)的GEO目標多點擇優(yōu)短弧定軌方法

有效

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• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111551183B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃劍;張兵;苑剛;姚剛;熊建寧;雷祥旭
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍63921部隊
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01C23/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 高會允;仇蕾安

本發(fā)明公開了基于天基光學(xué)觀測數(shù)據(jù)的GEO目標多點擇優(yōu)短弧定軌方法，是一種具備針對天基光學(xué)觀測數(shù)據(jù)的GEO目標短弧的高穩(wěn)健性、高精度的定軌方案。具體技術(shù)方案是，首先基于GEO目標軌道近圓假設(shè)進行任意兩點測角數(shù)短弧定軌，然后利用觀測數(shù)據(jù)序列的殘差一階變化量進行軌道擇優(yōu)，最后對優(yōu)選的多組軌道根數(shù)轉(zhuǎn)化為位置矢量和速度矢量，歸并處理后得到高精度、穩(wěn)健的GEO目標短弧定軌結(jié)果。該方案是一種能夠適用于天基光學(xué)觀測數(shù)據(jù)的GEO目標高穩(wěn)定性和高精度的短弧定軌方法，可拓展應(yīng)用在天地基光學(xué)和雷達對全球高軌和低軌目標的短弧定軌領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于天基光學(xué)觀測數(shù)據(jù)的GEO目標多點擇優(yōu)短弧定軌方法。

背景技術(shù)

高軌道衛(wèi)星即GEO衛(wèi)星具有穩(wěn)定的對地指向和居高臨下的大視場觀測條件，在全球通信、偵察、預(yù)警等領(lǐng)域具有廣泛用途，屬于稀缺的太空戰(zhàn)略資源。地基光學(xué)望遠鏡是對GEO目標探測的骨干設(shè)備，但受制于地基設(shè)備全球布站限制，無法對布站區(qū)域外的GEO目標進行有效探測和監(jiān)視。天基光學(xué)監(jiān)視衛(wèi)星具有全球巡視的特點，能夠快速搜索掃描或者凝視跟蹤多個GEO目標，若采用太陽同步軌道或者小傾角軌道，還可有效抑制天光和地氣光影響，提升探測能力。

然而，由于衛(wèi)星平臺自身運行速度快，導(dǎo)致對每個GEO目標的觀測弧段短，短弧初軌確定的收斂性和精度都得不到保證。短弧定軌是開展GEO目標自主關(guān)聯(lián)與編目的基礎(chǔ)，高精度的短弧定軌可以有效提升弧段間關(guān)聯(lián)概率和軌道改進成功率，同時還可用于快速目標身份確定、機動檢測與短時預(yù)報指示等，用途十分廣泛。天基光學(xué)監(jiān)視衛(wèi)星可以高時效的巡視全球GEO目標，掃描速度很快，獲取的每個目標觀測時段較短，大約為1分鐘至3分鐘量級，占軌道周期的2‰左右，并且僅有測角數(shù)據(jù)。一般來說，短弧定軌需要達到軌道周期的1/100圈至1/6圈觀測時長，即GEO目標的觀測時長需達到15分鐘左右，利用改進Laplace、Gauss、Goods等方法才能穩(wěn)定求解，否則會容易出現(xiàn)病態(tài)方程，導(dǎo)致會定軌難收斂或者直接收斂到平凡解，即收斂到天基衛(wèi)星自身軌道。

針對天基光學(xué)觀測數(shù)據(jù)的GEO目標短弧定軌需求，尋找一種穩(wěn)健、高精度的短弧定軌方法，對于提升天基光學(xué)監(jiān)視衛(wèi)星使用效能十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了基于天基光學(xué)觀測數(shù)據(jù)的GEO目標多點擇優(yōu)短弧定軌方法，是一種具備針對天基光學(xué)觀測數(shù)據(jù)的GEO目標短弧的高穩(wěn)健性、高精度的定軌方案。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：基于天基光學(xué)觀測數(shù)據(jù)的GEO目標多點擇優(yōu)短弧定軌方法，短弧為觀測時間為分鐘量級的弧段，包括如下步驟：

步驟1、短弧的觀測時間包括N個觀測時刻，觀測得到N個觀測時刻對應(yīng)的觀測量實際值；隨機抽取兩個時刻的觀測量實際值組成觀測組，共得到M組測量組。

步驟2、針對第m個觀測組中的兩個時刻的觀測量實際值，根據(jù)二體標準圓軌道力學(xué)公式，求解軌道半長軸，并利用求解的軌道半長軸計算第m組的軌道根數(shù)，由此得到M組軌道根數(shù)。

步驟3、對于每一組軌道根數(shù)均進行軌道預(yù)報，得到N個觀測時刻下目標的觀測量預(yù)報值，根據(jù)觀測量實際與觀測量預(yù)報值之間的誤差，選取誤差的統(tǒng)計特征位于預(yù)先設(shè)定的門限范圍內(nèi)的I組軌道根數(shù)作為歸并對象。

步驟4、將作為歸并對象的I組軌道根數(shù)，通過軌道方程轉(zhuǎn)換為t₀時刻的位置矢量和速度矢量對I組分別求平均得到t₀時刻的位置矢量均值和速度矢量均值

將位置矢量均值和速度矢量均值轉(zhuǎn)換為最終的GEO目標弧段軌道根數(shù)作為定軌結(jié)果。