【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间态势感知，具体涉及一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法及系统。
技术介绍
1、已知准确弹道系数对太空碎片精密定轨与预报具有重要意义。弹道系数是描述低轨太空碎片受到大气阻力大小的关键参数，它由阻尼系数、迎风面积和质量三个参数组成，绝大部分太空碎片的阻尼系数cd、迎风面积a和质量m难以精确测量，因此通常将这三个参数组合为一个参数，即弹道系数b，且b＝cda/m。目前，大部分太空碎片弹道系数未知，或者即使已知，但误差较大。在过去数十年，太空碎片弹道系数的优化计算方面已取得了一些进展，主要的方法总结如下：
2、(1)根据卫星尺寸、质量和阻尼系数直接得到弹道系数的方法。根据定义，弹道系数由阻尼系数、迎风面积和质量三个物理或几何参数计算求得。如果能分别确定这些参数，将可得到弹道系数。对于卫星，迎风面积和质量是已知的，其阻尼系数通常利用解析方法求得。对于绝大部分太空碎片，因未知其几何形状和材料，这种方法不适用。到目前为止，尚没有根据弹道系数定义，直接确定太空碎片阻尼系数的有效方法。
3、(2)利用tle数据中b*参数得到弹道系数的方法。根据tle数据中参数b*计算弹道系数b的公式，即b＝1.2741621×10-5b*。利用该式可得到一个弹道系数的先验估值，但这一估值可能与真值相差一个量级或更多。
4、(3)多次定轨估计弹道系数的方法。hasdm项目中涉及了部分太空碎片的弹道系数，其中每个碎片的弹道系数利用1970年到2001年间的监测数据，每3天进行一次定轨并估计弹道系数，将总共
5、(4)根据已有碎片的准确弹道系数推算其他感兴趣碎片弹道系数的方法。以太空碎片弹道系数作为准确值，由tle数据得到该碎片的弹道系数以及感兴趣碎片的弹道系数利用公式得到感兴趣碎片的弹道系数这种方法需要已知一部分太空碎片的准确弹道系数，同时还需要tle数据估计的弹道系数并且感兴趣碎片需要和已知弹道系数的太空碎片轨道特性类似，才能获得感兴趣碎片的较准确弹道系数。
6、(5)由轨道参数的变化估计弹道系数的方法。这是目前太空碎片弹道系数计算较可行且有效的方法。利用长期累积的tle数据，以统计方式估计太空碎片弹道系数的方法。在缺少跟踪数据的情况下，这一方法得到比较准确的弹道系数值，其与bowman结果的误差约在10％以内。这种方法的限制在于难以准确估计近几年新编目太空碎片的弹道系数。
7、光学望远镜观测的基础数据是图像，当太空碎片出现在图像上时，可得到碎片在图像上的位置信息，实际操作中通常需要提取该位置信息，并转换到所需的坐标系，例如，赤经/赤纬或者高度角/方位角坐标系。该类数据为测角数据或角度数据，这是太空碎片一种重要的测轨数据。该类数据的精度与图像分辨率等有关，一般为几个角秒(距离测量平台1000千米处，1角秒约5米)。
8、利用光学望远镜观测时要求太空碎片必须被太阳照亮，因此，观测受到天气、太空碎片和测站相对位置、碎片尺寸大小和望远镜性能等条件限制。大部分低轨碎片的测角数据为稀疏数据，稀疏性表现在：一方面，一个测角弧段时长通常不足轨道周期的1％；另一方面，两个弧段之间的时间间隔通常较大，例如：根据某站数千个太空碎片一个月的测角数据特性统计分析表明：同一碎片两个弧段的平均时间间隔约为3天。由于测角数据稀疏、太空碎片弹道系数未知或已知但误差极大，再加上大气密度模型误差，导致稀疏测角数据条件下，低轨碎片定轨并预报数天的误差可高达数十千米。
技术实现思路
1、为此，本专利技术提供一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法及系统，以解决现有太空碎片弹道系数未知或已知但误差极大，稀疏测角数据条件下，低轨碎片定轨与轨道预报存在较大误差的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、根据本专利技术实施例的第一方面，提出一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法，所述方法包括：
4、获取太空碎片的原始测角数据，并对所述原始测角数据进行预处理，得到第一测角数据；
5、利用所述第一测角数据对所述太空碎片进行k次定轨，得到k次定轨确定的轨道结果，其中k次定轨过程中分别设定不同的弹道系数先验值，k≥3；
6、利用k次定轨确定的轨道结果分别对过去时间进行k次轨道传播，根据k次轨道传播结果计算得到k次轨道传播的误差；
7、根据k次定轨分别设定的不同的弹道系数先验值与计算得到的k次轨道传播的误差构建函数关系模型，根据所述函数关系模型得到优化的弹道系数值；
8、基于优化的弹道系数值对所述太空碎片进行定轨，根据定轨结果对未来时间进行轨道预报，并根据轨道预报结果计算得到轨道预报误差。
9、进一步地，获取太空碎片的原始测角数据，并对所述原始测角数据进行预处理，得到第一测角数据，具体包括：
10、对所述原始测角数据进行数据特性分析和粗差探测与剔除处理，所述原始测角数据包括赤经/赤纬或者高度角/方位角数据；
11、所述数据特性包括数据来源、数据精度、数据时长、数据频率、数据数量等，所述数据来源包括传感器位置、传感器性能、传感器工作模式等；
12、所述粗差探测与剔除处理包括利用tle配合sgp4模型提供的先验轨道计算测角数据，基于测角数据计算结果和观测值，利用抗差最小二乘理论，开展线性拟合，将预设倍数拟合中误差以上的误差视为粗差，根据粗差剔除后的测角数据，更新数据特性。
13、进一步地，利用所述第一测角数据对所述太空碎片进行k次定轨，得到k次定轨确定的轨道结果，具体包括：
14、每次定轨方法为，利用tle配合sgp4模型提供的轨道作为先验轨道，基于相对完善的力学模型，配合轨道数值积分器和最小二乘理论，利用数天时间内的测角数据进行轨道确定，所述力学模型包括重力场、第三体引力、大气阻力、太阳光压等，所述轨道数值积分器包括cowell数值积分模型、gauss-jackson模型，所述最小二乘理论为：定轨利用最小二乘估计方法找到一条轨道，使得理论观测值和实际观测值之间的残差平方和最小；
15、定轨参数包括待估参数、收敛条件以及粗差条件，所述待估参数为六个轨道根数，所述收敛条件为两次定轨对初始时刻轨道改正量小于预设值，所述粗差条件为在定轨收敛后轨道反算的测角数据与观测数据进行比较，将预设倍数数据精度的观测数据视为粗差并剔除，所述数据精度来自数据特性分析结果。
16、进一步地，利用所述第一测角数据对所述太空碎片进行k次定轨，得到k次定轨确定的轨道结果，具体包括：
17、每次定轨时，在大气阻力计算中设定弹道系数先验值bi为：[1+(i-1)/100]×b*，其中i为定轨次数，i为1,2,……k，b*为tle数据中的b*项。
18、进一步地，利用k次定轨确定的轨道结果本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法，其特征在于，获取太空碎片的原始测角数据，并对所述原始测角数据进行预处理，得到第一测角数据，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法，其特征在于，利用所述第一测角数据对所述太空碎片进行K次定轨，得到K次定轨确定的轨道结果，具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法，其特征在于，利用所述第一测角数据对所述太空碎片进行K次定轨，得到K次定轨确定的轨道结果，具体包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法，其特征在于，利用K次定轨确定的轨道结果分别对过去时间进行K次轨道传播，根据K次轨道传播结果计算得到K次轨道传播的误差，具体包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法，其特征在于，根据K次定轨分别设定的不同的弹道系数先验值与计算得到的K次轨道
7.根据权利要求1所述的一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法，其特征在于，基于优化的弹道系数值对所述太空碎片进行定轨，根据定轨结果对未来时间进行轨道预报，并根据轨道预报结果计算得到轨道预报误差，具体包括：
8.一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与轨道预报系统，其特征在于，所述系统包括：
9.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括：处理器和存储器；
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与轨道方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法，其特征在于，获取太空碎片的原始测角数据，并对所述原始测角数据进行预处理，得到第一测角数据，具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法，其特征在于，利用所述第一测角数据对所述太空碎片进行k次定轨，得到k次定轨确定的轨道结果，具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法，其特征在于，利用所述第一测角数据对所述太空碎片进行k次定轨，得到k次定轨确定的轨道结果，具体包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于优化弹道系数的太空碎片定轨与预报方法，其特征在于，利用k次定轨确定的轨道结果分别对过去时间进行k次轨道传播，根据k次轨道传播结果计算得到k次轨道传播的误差，具体包括：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊宇，肖卓辉，吴学群，杜斌，李旺，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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