一种空间碎片关联方法及介质技术

一种空间碎片关联方法，包括如下步骤：步骤一、根据空间碎片的两组轨道参数，选取一个公共时刻；步骤二、将步骤一中所述的两组轨道参数分别传播至所述公共时刻；计算所述两组轨道参数在所述公共时刻的长半径之差和轨道面夹角；步骤三、当步骤二中所述的长半径之差和轨道面夹角均小于相应阈值时，转入步骤四；否则判定所述两组轨道参数为不同空间碎片；步骤四、调整所述两组轨道参数在所述公共时刻的长半径，当所述两组轨道参数在所述公共时刻的径向偏差、沿轨方向偏差、轨道面法向方向偏差均小于相应阈值时，判定所述两组轨道参数为同一空间碎片；否则判定所述两组轨道参数为不同空间碎片。本发明专利技术方法的正确率、计算效率均高于CBTA方法。

A Space Debris Association Method and Media

【技术实现步骤摘要】
一种空间碎片关联方法及介质
本专利技术涉及一种空间碎片关联方法及介质，特别是涉及一种无需误差信息的空间碎片甚短弧初轨关联方法，属于空间目标轨道确定

技术介绍
甚短弧初轨关联是指：给定两组独立的由甚短弧仅角度观测值确定的初轨参数，确定他们是否属于同一目标。所谓甚短弧是指：观测首、末时刻之间的时长为被测天体轨道弧长，若被测轨道弧长不足天体运行周期的1％，称其为甚短弧。自然或人造天体的仅角度观测值初轨确定问题定义为：给定天体在至少三个时刻的角度观测值(赤经/赤纬或方位角/高度角)，解算天体的一组6个独立轨道参数。据估计近地空间中尺寸1厘米以上的碎片至少在50万以上。现代技术已经可以探测这些碎片；当观测获得某个未编目碎片相对于观测者的一些角度、距离等几何观测值时，可以确定其初始轨道，但轨道参数精度不满足将其编目入库的要求。必须通过数据关联的方法，将属于同一碎片的若干个独立的初轨关联起来，然后利用各弧段的观测值确定其精密轨道，实现编目入库。因此，初轨关联是扩展现有编目库规模必不可少的一个关键技术，它是近十年空间态势感知领域的一个研究热点，目前在理论与方法上仍处于发展期，尚没有成熟、广为接受的初轨关联技术。国际上比较典型的初轨关联方法为CBTA(Covariance-basedTrackAssociation)方法，由Hill等人在2008年8月18日～21日在夏威夷举行的AIAA/AASAstrodynamicsSpecialistConference上提出(AIAApaper2008–7211)；在2012年还发表了与之相关的ComparisonofCovarianceBasedTrackAssociationApproachesUsingSimulatedRadarData在TheJournaloftheAstronauticalSciences的第59卷，第281页～300页。其基本思想是：给定两组独立的轨道参数及其协方差，选其中一组轨道参数的参考时刻，将另一组轨道及其协方差传播至该参考时刻，然后计算两组参数在该参考时刻的一个类似于马氏距离的变量，将该变量与预定的阈值比较，确定两组轨道参数是否属于同一个碎片。可以看出，该方法的前提是已知轨道参数的误差协方差信息。Giza等人和Linares等人结合自适应高斯和滤波(adaptiveGaussiansumfilter)和信息度量(例如信息离散度和互信息)提出了数据关联的方法，分别发表于2010年8月2日～5日在加拿大多伦多举办的AIAAGuidance,Navigation,andControlConference(AIAAPaper2010-7526)和2011年AdvancesintheAstronauticalSciences的第140卷第665页～第680页，即利用信息离散度或互信息作为两组数据是否关联的度量。Hussein等人于2015年9月15日～18在夏威夷举办的AMOSSpaceSurveillanceTechnologiesConference上提出了利用Bhattacharyyadivergence(BD)处理TTTA(Track-to-TrackAssociation)问题的方法，并指出可以建立该方法与CBTA方法之间的关系，蒙特卡洛(MonteCarlo,MC)模拟比较了LEO、MEO、GTO和GEO情形下二种方法数据关联的效果，发现利用BD的TTTA方法优于CBTA方法。现有技术中的关联算法在理论上是坚实的，但在实用中有两个突出的问题。一是需要已知轨道参数的协方差，二是需要进行协方差的传播。甚短弧仅角度观测值初轨确定时，求解得到的参数的误差波动很大，很难确定一个比较真实的误差值，即初轨参数的协方差在大部分情况下是未知的，或只是近似已知。轨道参数协方差的传播则是一个更困难的问题，这涉及传播后协方差的真实性和计算效率。两个问题的综合影响使得前述方法应用于初轨关联时存在较大的不适性。在观测获得巨量甚短弧初轨后，如果不能解决初轨关联问题或效率低下，将严重制约碎片编目库的扩展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间碎片关联方法及介质，不利用初轨参数的协方差信息，只利用两组独立的初轨参数，进行两者的关联以判断他们是否是同一碎片的，由此，避免了需要已知初轨参数协方差及其传播的困难。本专利技术的核心是：如果两组轨道参数是同一碎片的，则通过调整两个长半径参数，可使两组轨道参数表达的三维位置在某一时刻沿轨方向的偏差逼近零；若两组轨道参数是两个不同碎片的，则调整长半径不能使沿轨方向的偏差逼近零。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种空间碎片关联方法，包括如下步骤：步骤一、根据空间碎片的两组轨道参数，选取一个公共时刻；步骤二、将步骤一中所述的两组轨道参数分别传播至所述公共时刻；计算所述两组轨道参数在所述公共时刻的长半径之差和轨道面夹角；步骤三、当步骤二中所述的长半径之差和轨道面夹角均小于相应阈值时，转入步骤四；否则判定所述两组轨道参数为不同空间碎片；步骤四、调整所述两组轨道参数在所述公共时刻的长半径，当所述两组轨道参数在所述公共时刻的径向偏差、沿轨方向偏差、轨道面法向方向偏差均小于相应阈值时，判定所述两组轨道参数为同一空间碎片；否则判定所述两组轨道参数为不同空间碎片。上述空间碎片关联方法，步骤一中所述的轨道参数为甚短弧仅角度观测值初轨参数。上述空间碎片关联方法，步骤一中所述的公共时刻为两组轨道参数的参考时刻或两组轨道参数的参考时刻之间的任一个时刻。上述空间碎片关联方法，步骤一中所述的公共时刻为两组轨道参数的参考时刻的均值。上述空间碎片关联方法，步骤二中利用解析传播方法将步骤一中所述的两组轨道参数分别传播至所述公共时刻。上述空间碎片关联方法，步骤四中利用迭代方法调整所述两组轨道参数在所述公共时刻的长半径。上述空间碎片关联方法，步骤一中所述的轨道参数包括轨道长半径、轨道偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点角距、平近点角、轨道参数的参考时刻。上述空间碎片关联方法，步骤四中调整所述两组轨道参数在所述公共时刻的长半径的方法包括如下步骤：步骤(4a)、采用开普勒轨道参数计算所述公共时刻空间碎片的位置、位置差、速度；步骤(4b)、根据碎片的位置、速度，建立轨道坐标系，计算初步径向偏差、初步沿轨方向偏差、初步轨道面法向偏差；计算所述公共时刻空间碎片的平均运动速度、平均地心距离，获得调整后所述公共时刻的长半径；步骤(4c)、将调整后所述公共时刻的长半径作为所述两组轨道参数分别传播至所述公共时刻后的长半径；步骤(4d)、重复步骤(4a)～步骤(4c)至少两次，将最后一次获得的初步径向偏差、初步沿轨方向偏差、初步轨道面法向偏差相应的作为所述两组轨道参数在所述公共时刻的径向偏差、沿轨方向偏差、轨道面法向方向偏差。上述空间碎片关联方法，其特征在于：所述两组轨道参数根据甚短弧仅角度观测值初轨确定。一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述空间碎片关联方法的步骤。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：(1)在给定两组独立的甚短弧仅角度观测值初轨参数，利用本专利技术确定两者之间的关联性，正确率高于CBTA方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间碎片关联方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、根据空间碎片的两组轨道参数，选取一个公共时刻；步骤二、将步骤一中所述的两组轨道参数分别传播至所述公共时刻；计算所述两组轨道参数在所述公共时刻的长半径之差和轨道面夹角；步骤三、当步骤二中所述的长半径之差和轨道面夹角均小于相应阈值时，转入步骤四；否则判定所述两组轨道参数为不同空间碎片；步骤四、调整所述两组轨道参数在所述公共时刻的长半径，当所述两组轨道参数在所述公共时刻的径向偏差、沿轨方向偏差、轨道面法向方向偏差均小于相应阈值时，判定所述两组轨道参数为同一空间碎片；否则判定所述两组轨道参数为不同空间碎片。

【技术特征摘要】
1.一种空间碎片关联方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、根据空间碎片的两组轨道参数，选取一个公共时刻；步骤二、将步骤一中所述的两组轨道参数分别传播至所述公共时刻；计算所述两组轨道参数在所述公共时刻的长半径之差和轨道面夹角；步骤三、当步骤二中所述的长半径之差和轨道面夹角均小于相应阈值时，转入步骤四；否则判定所述两组轨道参数为不同空间碎片；步骤四、调整所述两组轨道参数在所述公共时刻的长半径，当所述两组轨道参数在所述公共时刻的径向偏差、沿轨方向偏差、轨道面法向方向偏差均小于相应阈值时，判定所述两组轨道参数为同一空间碎片；否则判定所述两组轨道参数为不同空间碎片。2.根据权利要求1所述的一种空间碎片关联方法，其特征在于：步骤一中所述的轨道参数为甚短弧仅角度观测值初轨参数。3.根据权利要求1所述的一种空间碎片关联方法，其特征在于：步骤一中所述的公共时刻为两组轨道参数的参考时刻或两组轨道参数的参考时刻之间的任一个时刻。4.根据权利要求1所述的一种空间碎片关联方法，其特征在于：步骤一中所述的公共时刻为两组轨道参数的参考时刻的均值。5.根据权利要求1所述的一种空间碎片关联方法，其特征在于：步骤二中利用解析传播方法将步骤一中所述的两组轨道参数分别传播至所述公共时刻。6.根据权利要求1所述的一种空间碎片关联方法，其特征在于：步骤四中利用迭代方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷祥旭，桑吉章，潘腾，李怀峰，贺东雷，
申请(专利权)人：武汉大学，北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：湖北,42