基于軌道面的地基探測(cè)設(shè)備過(guò)境計(jì)算目標(biāo)及時(shí)段篩選方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于空間碎片監(jiān)測(cè)預(yù)警領(lǐng)域，具體涉及一種基于軌道面的地基探測(cè)設(shè)備過(guò) 境計(jì)算目標(biāo)及時(shí)段篩選方法，適用于地球軌道衛(wèi)星或火箭殘骸通過(guò)地基探測(cè)設(shè)備視場(chǎng)的快 速篩選。
【背景技術(shù)】
[0002] 過(guò)境計(jì)算即是利用在軌目標(biāo)（包括衛(wèi)星和碎片）的軌道根數(shù)和設(shè)備探測(cè)參數(shù)（設(shè) 備位置、探測(cè)視場(chǎng)角），計(jì)算目標(biāo)在給定的時(shí)間范圍（即預(yù)報(bào)期）內(nèi)通過(guò)探測(cè)設(shè)備視場(chǎng)的信 息（即過(guò)境信息，包括進(jìn)出視場(chǎng)的時(shí)間、進(jìn)出視場(chǎng)的方位角、進(jìn)出視場(chǎng)的俯仰角、進(jìn)出視場(chǎng) 的斜距）。過(guò)境計(jì)算需要同時(shí)考慮目標(biāo)的軌道預(yù)報(bào)及探測(cè)設(shè)備隨地球的運(yùn)動(dòng)，計(jì)算需要將預(yù) 報(bào)期按照定步長(zhǎng)/變步長(zhǎng)進(jìn)行劃分獲得一系列時(shí)間點(diǎn)，對(duì)目標(biāo)位置和設(shè)備視場(chǎng)范圍進(jìn)行預(yù) 報(bào)，通過(guò)判斷各時(shí)刻目標(biāo)的位置是否在探測(cè)設(shè)備視場(chǎng)范圍內(nèi)，再通過(guò)迭代計(jì)算得到目標(biāo)的 過(guò)境信息。
[0003] 軌道預(yù)報(bào)計(jì)算是利用目標(biāo)當(dāng)前的軌道數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)其他時(shí)刻運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。 即通過(guò)目標(biāo)在某一時(shí)刻的軌道根數(shù)計(jì)算其在其他時(shí)刻的軌道根數(shù)，這其中涉及到軌道力學(xué) 的相關(guān)知識(shí)。
[0004] 目前編目的在軌目標(biāo)數(shù)量已經(jīng)超過(guò)的16000個(gè)，為了完成對(duì)這些目標(biāo)的編目和軌 道更新，需要依靠雷達(dá)、望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備對(duì)它們進(jìn)行日常觀測(cè)，并根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行定軌。過(guò) 境預(yù)報(bào)是對(duì)空間碎片跟蹤觀測(cè)計(jì)劃必不可少的工作，由于在軌物體數(shù)量基數(shù)大，因此過(guò)境 預(yù)報(bào)需要大量的計(jì)算時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006] 本發(fā)明旨在利用在軌目標(biāo)的軌道根數(shù)和地基探測(cè)設(shè)備的參數(shù)快速判斷目標(biāo)能否 具有過(guò)境的可能性，剔除不具有過(guò)境可能的目標(biāo)。如果目標(biāo)具有過(guò)境的可能性，本發(fā)明旨在 給出目標(biāo)不可能過(guò)境的時(shí)間段，剔除該時(shí)段，以有效節(jié)省減少其后過(guò)境計(jì)算的計(jì)算耗時(shí)。
[0007] (二）技術(shù)方案
[0008] 本發(fā)明提出的一種基于軌道面的地基探測(cè)設(shè)備過(guò)境計(jì)算目標(biāo)及時(shí)段篩選方法，包 括如下步驟：S1、利用在軌目標(biāo)的軌道根數(shù)和探測(cè)設(shè)備的探測(cè)參數(shù)計(jì)算目標(biāo)軌道面與探測(cè) 設(shè)備恰好相交的臨界條件，計(jì)算臨界條件下目標(biāo)軌道面與設(shè)備中心軸線的夾角，該夾角定 義為幾何臨界角；S2、利用探測(cè)設(shè)備的參數(shù)、在軌目標(biāo)的軌道參數(shù)及所述幾何臨界角，建立 目標(biāo)軌道面法向與探測(cè)設(shè)備視場(chǎng)中心軸線的夾角函數(shù)關(guān)系式，根據(jù)該函數(shù)關(guān)系式結(jié)合所述 幾何臨界角，建立目標(biāo)軌道面與探測(cè)設(shè)備視場(chǎng)相交的不等式，該不等式定義為相交區(qū)域不 等式：S3、按照在軌目標(biāo)所滿足的相交區(qū)域不等式解的情況對(duì)目標(biāo)過(guò)境的情況進(jìn)行判別； S4、對(duì)在預(yù)報(bào)期內(nèi)的有些時(shí)段具有過(guò)境的可能的在軌目標(biāo)，根據(jù)設(shè)備參數(shù)和目標(biāo)軌道根數(shù) 判斷相交區(qū)域不等式解的條件，計(jì)算其可能的過(guò)境時(shí)段。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】，在步驟S1中，確定目標(biāo)軌道面與探測(cè)設(shè)備恰好 相交的臨界條件是以地球?yàn)橹行那以谀繕?biāo)軌道面上以軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)地心距為半徑構(gòu)成了圓， 探測(cè)設(shè)備探測(cè)范圍構(gòu)成了半無(wú)限圓錐，使這兩個(gè)圖形區(qū)域恰好相切于一點(diǎn)。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】，步驟S1中以如下公式計(jì)算幾何臨界角ytl:
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于軌道面的地基探測(cè)設(shè)備過(guò)境計(jì)算目標(biāo)及時(shí)段篩選方法，包括如下步驟： 51、 利用在軌目標(biāo)的軌道根數(shù)和探測(cè)設(shè)備的探測(cè)參數(shù)計(jì)算目標(biāo)軌道面與探測(cè)設(shè)備恰好 相交的臨界條件，計(jì)算臨界條件下目標(biāo)軌道面與設(shè)備中心軸線的夾角，該夾角定義為幾何 臨界角； 52、 利用探測(cè)設(shè)備的參數(shù)、在軌目標(biāo)的軌道參數(shù)及所述幾何臨界角，建立目標(biāo)軌道面法 向與探測(cè)設(shè)備視場(chǎng)中心軸線的夾角函數(shù)關(guān)系式，根據(jù)該函數(shù)關(guān)系式結(jié)合所述幾何臨界角， 建立目標(biāo)軌道面與探測(cè)設(shè)備視場(chǎng)相交的不等式，該不等式定義為相交區(qū)域不等式： 53、 按照在軌目標(biāo)所滿足的相交區(qū)域不等式解的情況對(duì)目標(biāo)過(guò)境的情況進(jìn)行判別； 54、 對(duì)在預(yù)報(bào)期內(nèi)的有些時(shí)段具有過(guò)境的可能的在軌目標(biāo)，根據(jù)設(shè)備參數(shù)和目標(biāo)軌道 根數(shù)判斷相交區(qū)域不等式解的條件，計(jì)算其可能的過(guò)境時(shí)段。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軌道面的地基探測(cè)設(shè)備過(guò)境計(jì)算目標(biāo)及時(shí)段篩選方法， 其特征在于： 在步驟Sl中，確定目標(biāo)軌道面與探測(cè)設(shè)備恰好相交的臨界條件是以地球?yàn)橹行那以?目標(biāo)軌道面上以軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)地心距為半徑構(gòu)成了圓，探測(cè)設(shè)備探測(cè)范圍構(gòu)成了半無(wú)限圓 錐，使這兩個(gè)圖形區(qū)域恰好相切于一點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于軌道面的地基探測(cè)設(shè)備過(guò)境計(jì)算目標(biāo)及時(shí)段篩選方法， 其特征在于： 步驟Sl中以如下公式計(jì)算幾何臨界角γ &
其中fov是探測(cè)設(shè)備的視場(chǎng)角，R是探測(cè)設(shè)備距離地球地心的距離，rpS在軌目標(biāo)遠(yuǎn)地 點(diǎn)的地心距。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軌道面的地基探測(cè)設(shè)備過(guò)境計(jì)算目標(biāo)及時(shí)段篩選方法， 其特征在于： 在步驟S2中，目標(biāo)軌道面法向與設(shè)備探測(cè)視場(chǎng)中心軸線方向的夾角α為：
其中Se為地球在慣性系中的自轉(zhuǎn)角，λ為探測(cè)設(shè)備的大地經(jīng)度，V.為探測(cè)設(shè)備的大 地?zé)樁龋琲為在軌目標(biāo)的軌道傾角，Ω為在軌目標(biāo)的軌道升交點(diǎn)赤經(jīng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于軌道面的地基探測(cè)設(shè)備過(guò)境計(jì)算目標(biāo)及時(shí)段篩選方法， 其特征在于，所述相交區(qū)域不等式為： cos a I < sin γ 0， 其中α為目標(biāo)軌道面法向與設(shè)備探測(cè)視場(chǎng)中心軸線方向的夾角，γ(ι為幾何臨界角。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于軌道面的地基探測(cè)設(shè)備過(guò)境計(jì)算目標(biāo)及時(shí)段篩選方法， 其特征在于，在步驟S3中，將相交區(qū)域不等式簡(jiǎn)化表述為：I AsinX+B I < sin Ytl，其中A是 cossiIi/+ ，X 是
，B 是 sin (6/cos/+;并根據(jù) A、B、γ?？梢詫?duì) 在軌目標(biāo)的過(guò)境情況進(jìn)行判定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于軌道面的地基探測(cè)設(shè)備過(guò)境計(jì)算目標(biāo)及時(shí)段篩選方法， 其特征在于，在步驟S3中，將在軌目標(biāo)分為3類：在預(yù)報(bào)期內(nèi)目標(biāo)不可能過(guò)境，定義為"絕對(duì) 不過(guò)境目標(biāo)";在預(yù)報(bào)期內(nèi)任意時(shí)刻目標(biāo)均具有過(guò)境的可能性，定義為"相對(duì)過(guò)境目標(biāo)";在 預(yù)報(bào)期內(nèi)目標(biāo)使相交區(qū)域不等式在特定條件下有解，定義為"條件過(guò)境目標(biāo)"。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于軌道面的地基探測(cè)設(shè)備過(guò)境計(jì)算目標(biāo)及時(shí)段篩選方法， 其特征在于，所述步驟S4包括： 需根據(jù)目標(biāo)根數(shù)及設(shè)備參數(shù)計(jì)算其所滿足的情況對(duì)X進(jìn)行求解，并根據(jù)
計(jì)算t的范圍，該t的范圍結(jié)合過(guò)境預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)期的時(shí)間段 可得到"條件過(guò)境目標(biāo)"可能的過(guò)境時(shí)段。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用在軌目標(biāo)的軌道根數(shù)和地基探測(cè)設(shè)備的參數(shù)快速判斷目標(biāo)能否通過(guò)設(shè)備視場(chǎng)，并給出目標(biāo)可能通過(guò)視場(chǎng)時(shí)段的方法。包括：S1、幾何臨界角計(jì)算；S2、建立目標(biāo)軌道面與設(shè)備探測(cè)區(qū)域相交條件的不等式；S3、快速對(duì)備探測(cè)區(qū)域相交條件的不等式無(wú)解、恒解、一般性解的情況進(jìn)行判斷，篩選出可以剔除的目標(biāo)、無(wú)法剔除的目標(biāo)、可能過(guò)境的目標(biāo)；S4、利用步驟S3建立的不等式獲得的可能過(guò)境的目標(biāo)進(jìn)行過(guò)境時(shí)段的篩選，得到該物體可能過(guò)境的時(shí)段。本發(fā)明能快速在軌目標(biāo)不可能過(guò)境的時(shí)間段，有效節(jié)省減少其后過(guò)境計(jì)算的計(jì)算耗時(shí)。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號(hào)】CN104750999
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510167273
【發(fā)明人】吳相彬, 楊志濤, 江海, 劉靜
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日