一种定制化BOX判据的航天器碰撞预警优化方法技术

本发明专利技术公开了一种定制化BOX判据的航天器碰撞预警优化方法，涉及空间目标监视技术领域，该方法的核心是提出随任务变化的定制化BOX距离判据，在此基础上，利用航天器和空间目标理论的轨道预报协方差，设置多个线性的BOX距离门限，分析不同门限对应的危险事件(时间窗口或者机动量)对应的占比，同时分析时间段内满足判据门限的多个最近时刻，选择合适BOX距离门限，按照最近时刻分布进行分段碰撞预警门限设置，进一步压缩虚警概率，重新估计危险事件占比，据此提出针对单次事件的定制化航天器管控精度要求和优化的碰撞预警实施方案。

【技术实现步骤摘要】
一种定制化BOX判据的航天器碰撞预警优化方法
本专利技术涉及空间目标监视
，具体涉及一种定制化BOX判据的航天器碰撞预警优化方法。
技术介绍
航天器碰撞预警是空间监视的重要应用方向，是保障航天器在太空中运行安全的基础。美国开展航天器发射、入轨、在轨、返回的全流程碰撞预警分析任务。在空间站任务中，美国主要采用BOX距离判据与碰撞概率判据结合的方式，开展国际空间站日常在轨碰撞预警工作。其中，BOX距离判据是指以空间站为中心的空间三维立方体的长宽高，对应着空间目标的UNW(迹向、径向、横向)坐标系的径向、迹向、横向距离判据，空间站的BOX距离判据分为三档，UNW(迹向、径向、横向)分别为40km×10km×40km、25km×2km×25km、25km×0.75km×25km。前面两档门限主要是用于发现潜在危险事件，持续重点关注；最后一档门限用于确认重点危险事件，发出预警信息，进入最后预警复核与规避决策流程。从美国的空间站碰撞预警任务中可以看出，碰撞预警的BOX距离判据基本属于固定门限判据，对于稳定的空间站在轨运行具有一定的实用性。但是，采用固定的BOX距离判据，无法考虑发射窗口计算、在轨机动等各类特殊任务场景的航天器机动速度、分析时长等差异。随着“星链”等大量低轨星座的入轨，固定BOX距离判据可能导致较多场景下的目标交会距离进入BOX距离判据内，导致计算的碰撞虚警率大幅增加，无法正常开展任务。根据航天器的多类型在轨安全需求，特别是发射窗口计算、机动变轨等碰撞预警任务，寻找一种优化的、通用性强的碰撞预警方法，能够在确保安全的前提下减少对正常航天任务的干扰，对于执行日益频繁的航天任务至关重要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种定制化BOX判据的航天器碰撞预警优化方法，是一种随任务变化的定制化BOX距离判据优化方法，能够实现分段优化设置碰撞预警门限，进一步压缩虚警概率，重新估计危险事件占比，适应于单次事件的定制化航天器管控精度要求和优化的碰撞预警实施要求。为达到上述目的，本专利技术的技术方案包括如下步骤：S1、在碰撞预警时间段[t0,t1]内，根据航天器和空间目标的最大位置预报误差，构建由N个碰撞预警门限组成的BOX距离判决序列。S2、根据N个BOX距离判决序列计算得到每个碰撞预警门限下的危险事件占比，同时得到最大的碰撞预警门限下的I个危险碰撞事件的时刻[ts1,ts2,…,tsI]。S3、根据任务经验或者按照危险事件占比50％以内的最大碰撞预警门限作为BOX距离判据最大门限值。S4、以最大的碰撞预警门限下的I个危险碰撞事件的时刻[ts1,ts2,…,tsI]作为节点对碰撞预警时间段[t0,t1]进行划分共划分为I+1个时间段，即{[t0,ts1],[ts1,ts2],…,[ts(I-1),tsI],[tsI,t1]}。其中ts(I-1)为最大的碰撞预警门限下的第I-1个危险碰撞事件的时刻。S5、设置I+1个时间段分别对应的碰撞预警BOX距离判据。S6、在I+1个时间段内，分别采用对应的碰撞预警BOX距离判据进行航天器的分段碰撞预警。进一步地，S1具体为：在碰撞预警时间段[t0,t1]内，航天器由于轨道参数误差、轨道机动和摄动力影响导致的在UNW坐标系中的迹向、径向、横向存在的最大预报距离误差分别Umax、Nmax、Wmax已知，其中U方向为航天器的惯性速度矢量方向，W为航天器的轨道面负法线方向，N方向与U方向、W方向构成右手坐标系；空间目标在UNW坐标系中的迹向、径向最大预报误差分别为U0、N0；构建由N’个碰撞预警门限组成的BOX距离判决序列中，N’个碰撞预警门限分别为：其中，n为序号，n＝1,2,...N’。进一步地，S2具体为：在K个轨道机动参数或者发射窗口待选时间点下，航天器在[t0,t1]时间段的轨道位置轨迹分别为Pk,k＝1,2,…,K，k为轨道位置轨迹序号。在[t0,t1]时间段逐点计算航天器轨道位置轨迹Pk与L个空间目标的最近接近时刻时的UNW位置距离分别为Sl，l＝1,2,…,L，l为空间目标序号。对第n个碰撞预警门限若轨道位置轨迹Pk，存在一个Sl中的UNW位置距离小于门限值，则第k个轨道机动参数或者发射窗口待选时间点不安全，即属于危险事件。统计所有K个轨道机动参数或者发射窗口待选时间点中的危险事件个数为D，则危险事件占比为D/K。据此得到N个碰撞预警门限下分别对应的危险事件占比，形成门限与危险事件占比的曲线；同时，记录n＝1时，即最大的碰撞预警门限(Umax+U0)×(Nmax+N0)×(Wmax+U0)限下I个危险碰撞事件的时刻分别[ts1,ts2,…,tsI]。进一步地，S3具体为：选择危险事件占比50％以内的最大碰撞预警门限作为BOX距离判据最大门限值m为危险事件占比50％以内的最大碰撞预警门限对应序号。进一步地，设置I+1个时间段分别对应的碰撞预警BOX距离判据，分别为：有益效果：1、本专利技术提出了基于定制化BOX判据的航天器碰撞预警优化方法。该方法的核心是提出随任务变化的定制化BOX距离判据，在此基础上，利用航天器和空间目标理论的轨道预报协方差，设置多个线性的BOX距离门限，分析不同门限对应的危险事件(时间窗口或者机动量)对应的占比，同时分析时间段内满足判据门限的多个最近时刻，选择合适BOX距离门限，按照最近时刻分布进行分段碰撞预警门限设置，进一步压缩虚警概率，重新估计危险事件占比，据此提出针对单次事件的定制化航天器管控精度要求和优化的碰撞预警实施方案。2、BOX距离判据一般用于航天器轨道预报误差较大的情况下的碰撞预警分析，BOX距离判据主要由航天器轨道和空间目标的预报误差共同决定的。传统的BOX距离判据主要根据历史航天器轨道运行数据分析确定的，由最大预报误差确定固定门限，之后的航天任务都以此为依据开展碰撞预警。但是，由于每次任务的预报误差都有差异，且随预报时间变化快，导致设置固定门限开展碰撞预警并不科学，且大多数情况下会带来虚警过高的问题，制约了航天任务的正常进行。本专利技术在设置多个碰撞预警门限后，提出对每个碰撞门限分别计算危险事件的占比，利用危险事件占比优选定制化BOX距离门限，从而更加科学合理的设置碰撞预警门限。3、本专利技术为保障航天器任务正常运行，通常情况下，可以选择危险事件占比50％以内的最大碰撞预警门限作为BOX距离判据可以确保航天器安全，同时又保障了航天任务有足够的时间窗口。4、本专利技术提出了分段设置碰撞预警门限的方式，对于机动速度或者初始轨道存在半长轴误差的航天器轨道预报来说，沿迹方向位置误差一般会随着时间线性增长，径向误差在短时间内也有线性增长的趋势。因此，在碰撞预警时间段[t0,t1]内，各时间点的BOX判据门限理论上均不相同，且应该随时间增加。若对每一个时间点都设置不同BOX判据，则整个计算时间较长，且并无必要。在碰撞本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定制化BOX判据的航天器碰撞预警优化方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、在碰撞预警时间段[t

【技术特征摘要】
1.一种定制化BOX判据的航天器碰撞预警优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在碰撞预警时间段[t0,t1]内，根据航天器和空间目标的最大位置预报误差，构建由N个碰撞预警门限组成的BOX距离判决序列；
S2、根据N个BOX距离判决序列计算得到每个碰撞预警门限下的危险事件占比，同时得到最大的碰撞预警门限下的I个危险碰撞事件的时刻[ts1,ts2,…,tsI]；
S3、根据任务经验或者按照危险事件占比50％以内的最大碰撞预警门限作为BOX距离判据最大门限值；
S4、以最大的碰撞预警门限下的I个危险碰撞事件的时刻[ts1,ts2,…,tsI]作为节点对碰撞预警时间段[t0,t1]进行划分共划分为I+1个时间段，即
{[t0,ts1],[ts1,ts2],…,[ts(I-1),tsI],[tsI,t1]}；
其中ts(I-1)为最大的碰撞预警门限下的第I-1个危险碰撞事件的时刻；
S5、设置I+1个时间段分别对应的碰撞预警BOX距离判据；
S6、在I+1个时间段内，分别采用对应的碰撞预警BOX距离判据进行航天器的分段碰撞预警。


2.如权利要求1所述的航天器碰撞预警优化方法，其特征在于，S1具体为：
在碰撞预警时间段[t0,t1]内，航天器由于轨道参数误差、轨道机动和摄动力影响导致的在UNW坐标系中的迹向、径向、横向存在的最大预报距离误差分别Umax、Nmax、Wmax已知，其中U方向为航天器的惯性速度矢量方向，W为航天器的轨道面负法线方向，N方向与U方向、W方向构成右手坐标系；
空间目标在UNW坐标系中的迹向、径向最大预报误差分别为U0、N0；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑，张兵，王东亚，吴文堂，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：发明
国别省市：北京;11