[發(fā)明專(zhuān)利]基于干涉測(cè)量體制的低軌空間目標(biāo)跟蹤方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011589416.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112782710B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬巖;劉也;梁小虎;陳略;王俊魁;張延鑫;石晟瑋;李秀紅;王東麗
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍63921部隊(duì)
• 主分類(lèi)號(hào): G01S17/08
• 分類(lèi)號(hào): G01S17/08;G01S17/66
• 代理公司: 北京君有知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11630
• 代理人: 潘丹

基于干涉測(cè)量體制的低軌空間目標(biāo)跟蹤方法及系統(tǒng)，涉及航空航天技術(shù)領(lǐng)域，其目的在于通過(guò)干涉測(cè)量技術(shù)和多基地雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用改進(jìn)，建立一種新的有源移動(dòng)方式目標(biāo)跟蹤技術(shù)手段，提高低軌非合作空間目標(biāo)跟蹤的精度與可靠性。其方法是，構(gòu)建一發(fā)多收移動(dòng)布站模式下的組合跟蹤策略，其中主站發(fā)射電磁波并測(cè)量目標(biāo)距離與角度，副站與主站構(gòu)成的基線(xiàn)進(jìn)行高精度時(shí)差測(cè)量，進(jìn)而利用系統(tǒng)測(cè)量信息構(gòu)成特點(diǎn)，建立多方法聯(lián)合的干涉相位解模糊策略，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)約束與跟蹤時(shí)效性需求下的目標(biāo)跟蹤。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空航天技術(shù)領(lǐng)域，具體的，是一種基于干涉測(cè)量體制的低軌空間目標(biāo)跟蹤方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著技術(shù)發(fā)展和空間應(yīng)用的日益深入，空間碎片對(duì)在軌航天器的威脅不斷加劇，特定環(huán)境下潛在對(duì)抗逐漸加強(qiáng)，急需可靠高精度測(cè)量技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，提高對(duì)空間碎片等非合作空間目標(biāo)的跟蹤能力。具體體現(xiàn)在，一方面提高目標(biāo)跟蹤的效率與精度，一方面也要提高測(cè)量系統(tǒng)自身的維護(hù)能力。

目前對(duì)低軌道空間目標(biāo)的跟蹤，主要有光學(xué)和雷達(dá)兩大類(lèi)系統(tǒng)。前者主要是獲得高精度角度測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)多個(gè)設(shè)備或長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)獲得目標(biāo)位置或軌道信息，但該類(lèi)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)天氣條件依賴(lài)較大。后者采用無(wú)線(xiàn)電測(cè)量手段實(shí)現(xiàn)全天時(shí)全天候測(cè)量，該類(lèi)設(shè)備能夠提供測(cè)距、測(cè)角和測(cè)速信息，可以實(shí)現(xiàn)單設(shè)備解算，但常規(guī)的雷達(dá)角度測(cè)量精度有限，限制了跟蹤精度。此外，現(xiàn)有的空間目標(biāo)測(cè)量設(shè)備通常系統(tǒng)龐大，在未來(lái)高強(qiáng)度應(yīng)用或激烈對(duì)抗條件下抗干擾和持續(xù)工作的能力較弱。

干涉測(cè)量技術(shù)利用多個(gè)測(cè)站，通過(guò)射電干涉測(cè)量獲得空間目標(biāo)到不同測(cè)站的時(shí)間差(也即距離差)，對(duì)應(yīng)于航天器軌道沿基線(xiàn)方向投影的測(cè)量。干涉測(cè)量實(shí)際上等效于一種高精度的角度測(cè)量，它利用空間分置的設(shè)備(天線(xiàn))獲得目標(biāo)反射(散射)電磁波，進(jìn)而通過(guò)設(shè)備間的相對(duì)位置和相位干涉處理計(jì)算高精度的波達(dá)方向，進(jìn)而顯著改善空間目標(biāo)跟蹤測(cè)量精度。然而，目前的干涉測(cè)量系統(tǒng)多是應(yīng)用于高軌道空間目標(biāo)和深空航天器的軌道測(cè)量，依賴(lài)于長(zhǎng)時(shí)間的積累。此外，現(xiàn)有干涉測(cè)量多是固定布局，且需要一定精度的外部引導(dǎo)信息，不利于高強(qiáng)度模式下的實(shí)際應(yīng)用。

為此，本發(fā)明充分發(fā)揮干涉測(cè)量的精度優(yōu)勢(shì)，采用一發(fā)多收的機(jī)動(dòng)多站模式，提出一種基于干涉測(cè)量體制的跟蹤測(cè)量方法及系統(tǒng)，為非合作低軌道空間目標(biāo)跟蹤提供一種新的技術(shù)手段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，面向近地空間非合作航天器跟蹤需求，基于干涉測(cè)量技術(shù)和多基地雷達(dá)技術(shù)，提供一種一發(fā)多收干涉測(cè)量體制的低軌非合作空間目標(biāo)跟蹤方法及系統(tǒng)，服務(wù)于空間碎片監(jiān)測(cè)等態(tài)勢(shì)感知任務(wù)的信息獲取需求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明充分利用干涉測(cè)量系統(tǒng)設(shè)備規(guī)模小、測(cè)角精度高的特點(diǎn)，結(jié)合有源探測(cè)與多站干涉優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)測(cè)量方法，通過(guò)收發(fā)分置、機(jī)動(dòng)布站實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置，達(dá)到降低系統(tǒng)處理難度、提高目標(biāo)跟蹤精度和增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性與可靠性的目的。

本發(fā)明的第一方面提供了一種基于干涉測(cè)量體制的低軌空間目標(biāo)跟蹤方法，包括如下步驟：

步驟1：采用一發(fā)多收的測(cè)量模式構(gòu)建測(cè)量模型：

通過(guò)主站天線(xiàn)發(fā)射電磁波并接收目標(biāo)回波，獲取目標(biāo)距離和角度測(cè)量信息；多個(gè)副站天線(xiàn)僅接收目標(biāo)回波，并與主站聯(lián)合形成多條測(cè)量基線(xiàn)，獲取回波到達(dá)各個(gè)測(cè)站的時(shí)差；多個(gè)時(shí)差測(cè)量方程與主站測(cè)距方程聯(lián)合，組成目標(biāo)精跟蹤的測(cè)量模型；

步驟2：干涉相位解模糊策略：

基于主站初步定位信息的模糊度初值解算，通過(guò)改變電磁波頻率和移動(dòng)布站基線(xiàn)構(gòu)型兩類(lèi)方式，利用不同頻率與不同基線(xiàn)測(cè)量的干涉相位模糊度互質(zhì)的特性，改進(jìn)模糊度估計(jì)精度與可靠性；

步驟3：目標(biāo)跟蹤定位：

采用先定位再定軌的方式，引入短基線(xiàn)連線(xiàn)干涉測(cè)量模式，聯(lián)合主站高精度定位和基線(xiàn)高精度時(shí)差測(cè)量信息，進(jìn)行目標(biāo)實(shí)時(shí)位置與速度估計(jì)；聯(lián)合空間目標(biāo)多圈次跟蹤數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高精度軌道估計(jì)；通過(guò)調(diào)整測(cè)站布局構(gòu)造差分觀測(cè)系統(tǒng)的可選模式，進(jìn)一步提高定位與定軌精度。