【技术实现步骤摘要】
针对给定高度段目标的考虑传感器指向的覆盖评价方法
[0001]本专利技术涉及一种针对给定高度段目标的考虑传感器指向的覆盖评价方法，特别涉及一种对于大量集中分布目标的考虑高度密度的评价方法，属于航空航天领域。
技术介绍
[0002]天基光学观测以其不受气象影响、机动灵活、全天候工作等优势，已成为一种可行、有效的空间目标观测方法。近年来，空间目标数量的不断增加引起世界各国的高度关注，其中又以LEO轨道分布密度最大，已编目的空间目标中约有75.2％分布在该区域。本专利技术考虑空间目标的不同轨道高度分布特点将其近似为不同权重的中心线进行计算，同时针对不同视场约束和指向的传感器进行全面的覆盖区域讨论。
[0003]现有的天基覆盖研究从研究对象分为针对目标和针对传感器两类。针对目标的研究主要考虑具体运动目标的可见性。先技术[1](参见基于中低轨星座对弹道导弹监视的可探测模型[J]《上海航天》，赵砚，易东云，张倩，李贞杰，2010，27(2)：1
‑
8+33)对于地球遮挡、地球阴影、地球热辐射、自然天体反射光和载...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.针对给定高度段目标的考虑传感器指向的覆盖评价方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：在地心惯性系E
XYZ
下，定义目标坐标系和观测坐标系和传感器指向；所述观测坐标系在天顶角、方位角、距离三个维度基础上建立；所述传感器指向包括俯仰、偏航；步骤二：在步骤一定义的目标坐标系下，将给定高度段的大量空间目标近似为整体三维球层，避免大量实际空间目标的点对点仿真计算；通过在距离r和方位角两个维度对三维球层T进行等间距离散，并在天顶角θ维度对离散后的双高度段球层解析，得到离散单元T
ij
，并以离散单元的中心线C
ij
的线覆盖区间作为用于等效判定整个离散单元的覆盖性的评价指标；步骤三：对于圆锥视场传感器，在步骤一定义的观测坐标系下计算由不同传感器半锥角和指向决定的方位角覆盖范围和不同方位角对应的的覆盖天顶角范围；首先对于传感器视场的有效方位角Φ
Cov
进行计算，减小步骤二中离散计算消耗；由于目标坐标系S为观测坐标系S
o
沿z
o
轴平移得到，任意方向矢量i在两种坐标系下的方位角相同将传感器的有效覆盖范围采用观测球坐标系下的覆盖方位角和对应的进行表示；在观测坐标系下通过建立传感器覆盖区域与方位角及对应覆盖天顶角的映射关系，能够应用于任意约束和指向的圆锥传感器覆盖区域可视化和量化计算；步骤四：通过步骤三得到观测球坐标系下的覆盖方位角和对应的后，目标球坐标系下的传感器视场有效方位角Φ
Cov
为同一方位角；随后，对于目标球坐标系下任意的方位角平面覆盖问题展开计算，通过定义步骤三中的视场边界与步骤二中离散单元中心线存在的所有节点，按照节点的天顶角进行排序并依次读取进行覆盖性切换，得到任意传感器视场下目标区域的覆盖天顶角区间；步骤五：针对覆盖区域最大化和交会概率最大化两种工况构建两种不同覆盖性评价方式：在覆盖区域最大化工况下，构建覆盖体积覆盖得分V评价指标体系；在交会概率最大化工况下，构建考虑目标分布密度的加权得分W评价指标体系；通过在步骤二定义的整体三维目标球层基础上构建针对上述两种工况的不同评价指标体系，能够有针对性地提升传感器指向的覆盖评价效率；在步骤二中得到给定目标高度段I
×
J离散单元中心线C
ij
后，通过步骤四得所有离散单元中心线的覆盖天顶角Θ
Cov(ij)
，将一维覆盖区间根据上述构建的不同评价指标体系转换为对应离散单元T
ij
的覆盖得分，即实现针对空间给定高度段目标的考虑传感器指向的覆盖评价。2.如权利要求1所述的针对给定高度段目标的考虑传感器指向的覆盖评价方法，其特征在于：还包括步骤六，根据步骤五得到的针对空间给定高度段目标的考虑传感器指向的覆盖评价结果，将对应最优卫星轨道高度和传感器指向应用于实际空间目标观测任务的单星部署，能够实现观测目标数目最大化或观测次数最大化两种不同任务需求。3.如权利要求2所述的针对给定高度段目标的考虑传感器指向的覆盖评价方法，其特征在于：还包括步骤七，根据步骤六得到的单星部署策略，提供有效的星座设计的优化参数初值加快优化进程，进而将覆盖评价方法应用范围拓展至给定高度段目标的观测星座初步优化。
4.如权利要求1、2或3所述的针对给定高度段目标的考虑传感器指向的覆盖评价方法，其特征在于：步骤一实现方法为，地心惯性系由E
XYZ
表示，其中E表示地心；与卫星固连的观测坐标系由S
o
表示，其中o表示卫星的中心，z
o
轴沿卫星位置矢量r
Sat
且背离地心为正，x
o
轴位于位于轨道面内与z
o
轴正交且指向卫星运动方向为正，y
o
轴由右手定则得到；目标坐标系S的原点位于地心，三轴与观测坐标系指向相同；规定传感器与卫星固连且指向l
v
初始与观测坐标系z
o
轴重合，此时传感器指向矢量在球坐标系下表示为其中天顶角θ
v
同时对应传感器的俯仰角，方位角对应传感器的偏航角；考虑到传感器指向的模r
v
不包含覆盖相关有效信息，同时考虑圆锥载荷视场不需要考虑传感器的滚转角ψ
v
，指向简化为5.如权利要求4所述的针对给定高度段目标的考虑传感器指向的覆盖评价方法，其特征在于：步骤二实现方法为，由于空间目标具有轨道高度集中分布的特性，通过设定目标高度下限LTAS和目标高度上限UTAS将空间目标等效为双高度三维球层，避免大量实际空间目标的点对点仿真计算；在步骤一定义的目标球坐标系下，目标区域T表示为：其中r
L
和r
U
分别为LTAS和UTAS的半径；通过在距离r和方位角两个维度对三维球层T进行等间距离散，并在天顶角维度对离散后的双高度段球层解析，得到离散单元T
ij
，表示为：其中r
i
和表示离散的节点，且Δr＝r
i
‑
r
i
‑1，得到：r0＝r
L
,r
I
＝r
U
,以离散单元的中心线C
ij
的线覆盖区间作为用于等效判定整个离散单元的覆盖性的评价指标，表示为：当I和J足够大时，采用C...
【专利技术属性】
技术研发人员：温昶煊，孙杨雨茜，朱政帆，刘佳，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：
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