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《天基光學(xué)監(jiān)視的GEO空間目標(biāo)短弧段定軌方法》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、2011年6月第3期中國空間科學(xué)技術(shù)ChineseSpaceScienceandTechnology天基光學(xué)監(jiān)視的GEO空間目標(biāo)短弧段定軌方法李冬1易東云1(1國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)系，長沙410073)程洪瑋2(2北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京100094)摘要利用兩個(gè)短弧段的天基測角資料實(shí)現(xiàn)對GEO空間目標(biāo)的軌道確定是天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)需解決的重要問題之一。將短弧段的主要測量信息表示為弧段屬性，構(gòu)造約束空間目標(biāo)距離和徑向速度的容許域，采用桁架平衡法對第一個(gè)短弧段的容許域三角剖分采樣，以
2、這些采樣點(diǎn)的軌道預(yù)報(bào)第二個(gè)短弧段的孤段屬性，通過分析預(yù)報(bào)值與實(shí)際值的差異，優(yōu)先選取多個(gè)采樣點(diǎn)的軌道作為初軌，分別對各初軌進(jìn)行軌道改進(jìn)。仿真結(jié)果表明，該方法能成功解算最小二乘軌道。關(guān)鍵詞短弧段桁架平衡法采樣法最小二乘軌道軌道確定空間目標(biāo)地球同步軌道DOI：10．3780／j．issn．1000—758X．2011．03．0011引言目前，對GEO空間目標(biāo)的探測主要依賴于地基光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)，而天基光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)具有功耗小、作用距離遠(yuǎn)、不受地理位置和氣象條件限制等特點(diǎn)，成為空間目標(biāo)監(jiān)視的研究熱點(diǎn)ll。J。受監(jiān)
3、視衛(wèi)星載荷、工作模式、光照條件的限制，對GEO空間目標(biāo)的觀測弧段只能持續(xù)幾分鐘，弧段長度太短而無法獲取角度測量的曲率信息，于是儀利用一個(gè)短弧段的測角資料難以確定新發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的初軌‘5
4、。許多學(xué)者研究了短弧段軌道確定問題。Milani等人提出了利用角度測量的兩個(gè)短弧段確定小行星軌道的容許域采樣算法¨噸j，首先構(gòu)造約束太陽系行星相對測站的距離和徑向速度的容許域，然后對容許域進(jìn)行三角剖分采樣，選擇一些采樣點(diǎn)的軌道確定為行星的初軌，利用兩個(gè)弧段的觀測數(shù)據(jù)對這些初軌進(jìn)行約束微分改進(jìn)，獲得多個(gè)定軌結(jié)果。Farno
5、cchia等人將此方法應(yīng)用于地基光學(xué)和雷達(dá)觀測的空間碎片的初軌確定，但沒有給出具體的定軌結(jié)果【9J。李俊等提出基于剖分節(jié)點(diǎn)優(yōu)選的約束微分修正方法計(jì)算天基短弧段光學(xué)觀測的空間目標(biāo)初軌¨0
6、，此方法優(yōu)選節(jié)點(diǎn)的計(jì)算量很大，而且只適合于兩短弧段問隔時(shí)間較短的情形。本文研究利用兩個(gè)短弧段的天基測角資料對GEO空問目標(biāo)進(jìn)行軌道確定的問題：將短弧段的主要測鼉信息表示為中間時(shí)刻的弧段屬性(包括赤經(jīng)、赤緯以及這兩個(gè)角度的變化率)；利用地球二體軌道能鼉約束構(gòu)造容許域，用它限制監(jiān)視衛(wèi)星與空間目標(biāo)之間的距離及徑向速度的取值
7、范圍；采用桁架平衡法對第一個(gè)短弧段的容許域進(jìn)行三角剖分采樣，用各采樣點(diǎn)的軌道預(yù)報(bào)第二個(gè)短弧段的弧段屬性及其協(xié)方差矩陣，結(jié)合第二個(gè)短弧段實(shí)際的弧段屬性和協(xié)方差矩陣選擇合適的初軌；為避免軌道改進(jìn)陷入局部極小值，選擇多個(gè)初軌進(jìn)行軌道改進(jìn)；最后通過仿真試驗(yàn)檢驗(yàn)算法的可行性。國家自然科學(xué)基金(60974124)資助項(xiàng)目收稿Ij期：2010-11—25。收修改稿口期：2010—12-202中國空間科學(xué)技術(shù)2011年6月2容許域的構(gòu)造用監(jiān)視衛(wèi)星的可見光相機(jī)獲取GEO空間目標(biāo)的赤經(jīng)和赤緯(口，艿)。監(jiān)視衛(wèi)星的位置坐
8、標(biāo)分別記為(z。，Y。，‰)和(z。，Y。，2。)，則口：arctan必I厶一矗l艿=arcsin塑lPJ式中
9、D一以ii幣可≮≯=歹了干瓦可。赤經(jīng)和赤緯的變化率為在慣性坐標(biāo)系下，目標(biāo)和占=亟塵也墅PCO芋S遜]ol；一堅(jiān)學(xué)COSJpdJ單個(gè)短弧段的赤經(jīng)和赤緯序列隨時(shí)間近似線性變化，對其進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，得到該弧段中間時(shí)刻i的赤經(jīng)、赤緯及這兩個(gè)角度變化率的估計(jì)值，記為A一(口，艿，占，艿)∈[一7c，丌)×(一7【／2，7【／2)xR2式中R表示實(shí)數(shù)集；A為該弧段在F時(shí)刻的弧段屬性，它可以表示短弧段的
10、主要測量信息。同時(shí)也可得到A的協(xié)方差矩陣，記為n。在地心慣性坐標(biāo)系下，空間目標(biāo)t時(shí)刻的位置矢量，．和速度矢量f可表示為，=q+印]．>(3)}=白+知+lD(占p。+印。)J式中口和面分別為監(jiān)視衛(wèi)星的位置和速度矢量；P和占分別是監(jiān)視衛(wèi)星與空間目標(biāo)之間的距離和徑向速度；P為視線方向，p一(cos口cos艿，sinacos8，sin3)；以和Pa分別是P關(guān)于口和艿的偏導(dǎo)數(shù)，P。=(一sinacos8，cosacos艿，0)，肌一(一cosasin8，一sinasin艿，cosS)。由式(1)～(3)，空
11、間目標(biāo)i時(shí)刻的(a，占，艿，各，P，芻)與位置速度矢量(r，≯)可以相互轉(zhuǎn)化，也能與空間目標(biāo)的瞬時(shí)軌道根數(shù)相互轉(zhuǎn)化，稱(口，占，艿，各，lD，芻)為軌道屬性，軌道屬性可以唯一確定空間目標(biāo)的軌道。GEO空間目標(biāo)的位置速度矢量(，，})滿足地球二體軌道能量約束：￡一言?2_衛(wèi)Irl
