【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种考虑状态不确定性的空间目标可检测概率预测方法，属于空间目标状态估计领域。
技术介绍
1、随着航天活动的越发频繁以及低轨巨型星座的大批部署，近地空间目标数量快速增长，空间环境日益拥挤。低轨空间目标数量多、运动速度快，若不对其进行准确、高效的跟踪以避免可能的空间交通事故，人类的太空活动将受到严重威胁。相比于传统的地基系统，天基空间目标跟踪系统凭借其可全天时、全天候工作特点，在空间目标跟踪的准确性和时效性上具有显著优势。然而，在大规模空间目标天基跟踪方面，受到传感器与空间目标相对位置高速变化、传感器观测存在时间间隔等限制，需要在滤波框架下对空间目标状态进行估计预测。在此状态传递过程中，空间目标的位置、速度等状态具有不确定性，目前广泛采用的基于几何关系的天基观测模型难以准确表征空间目标状态。因此，有必要考虑空间目标状态不确定性，基于概率关系建立天基观测模型，以提升空间目标状态估计的准确性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种考虑状态不确定性的空间目标可检测概率预测方法，将空间目标状态不确定性纳入天基观测模型，建立天基跟踪系统动力学模型和空间目标状态估计模型，在基于几何关系的天基观测模型基础上，通过结合蒙特卡罗随机采样思想，得到基于概率关系的天基观测模型，获得在数值上连续分布的空间目标可检测概率，从而提高空间目标状态估计的准确性。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
3、本专利技术公开的一种考虑状态不确定性的空间目标可检测概率预
4、步骤一：采用天基多传感器跟踪系统进行大规模空间目标跟踪，选取已编目目标作为待观测空间目标，并采用在空间均匀分布的walker星座构型作为天基观测星座的基本构型，构建空间目标状态和观测卫星状态的动力学模型，基于所述动力学模型实现天基跟踪系统的状态描述。
5、天基跟踪系统由多颗卫星组成，为保证天基跟踪系统的覆盖性和稳定性，其卫星以一定的构型分布在空间中。walker星座构型由若干圆轨道构成，每个轨道面内的卫星均匀分布，具有能够实现全球覆盖、均匀重访的特性。天基跟踪系统采用walker构型。
6、天基跟踪系统中单颗卫星的二体椭圆轨道由一组开普勒轨道参数(a,e,i,ω,ω,θ)描述，即轨道半长轴a、偏心率e、倾角i、升交点赤经ω、近地点辐角ω以及真近点角θ。其中，轨道半长轴a和偏心率e共同决定轨道的大小和形状；轨道倾角i为卫星轨道平面与地球赤道平面的夹角；升交点赤经ω为地球赤道平面春分点与卫星轨道升交点对地心o的夹角，表示卫星轨道面在地球赤道平面内的方位，同时，轨道倾角i和升交点赤经ω共同决定卫星轨道面的位置；近地点辐角ω为卫星轨道面内近地点与升交点之间的夹角，能够表示卫星椭圆轨道长轴和短轴的方位；真近点角θ为卫星轨道面内卫星位置与近地点之间的夹角，能够表示卫星在轨道内的位置。
7、天基跟踪系统中所有卫星的构型由一组walker星座参数(n,p,f)描述，即星座中卫星总数量n、星座的轨道面数量p以及相位因子f。其中，卫星总数量n和星座的轨道面数量p共同决定每个轨道面内的卫星个数s＝n/p；相位因子f为相邻轨道面上对应卫星的相位关系，且相邻轨道面上对应卫星之间的相位差δu为
8、
9、对于天基跟踪系统中的卫星i(i＝1,2,...,ns)，其升交点赤经和近地点辐角表示为
10、
11、由于walker星座中的卫星具有相同的轨道半长轴a和倾角i，且偏心率e＝0，初始真近点角θ＝0，因此，结合式(2)所给出的卫星i的升交点赤经ωi和近地点辐角ωi，即由每一个卫星的开普勒轨道参数得到其在轨道平面坐标系中的位置与速度
12、卫星的轨道平面坐标系原点位于地心，xp轴指向轨道面近地点，yp轴位于轨道面内并垂直于xp轴，zp轴垂直于轨道面并符合右手坐标系。将卫星的椭圆轨道近似为圆形轨道，卫星在该圆形轨道上运动的角速度即为椭圆轨道上运动的平均角速度，且圆形轨道上卫星的运动周期与椭圆轨道上的运动周期相同。k时刻卫星的真近点角θ为∠nos，则圆形轨道上卫星相应的偏近点角e为∠ncq。
13、在初始时刻k0，真实卫星和圆形轨道上卫星同时同向通过近地点，则在t时刻，真实卫星的平近点角m定义为圆形轨道上卫星的运行角距，即
14、m＝n(t-k0) (3)
15、其中，n为真实卫星在椭圆轨道上运动的平均角速度。平近点角m是一个虚构的辅助量，不与真实物理意义上的角相对应。根据开普勒轨道第三定律，卫星在轨运行的平均角速度n与其轨道半长轴a有以下关系
16、
17、其中，g为重力常数；me为地球质量；μe为地心引力常数。
18、偏近点角e与平近点角m的关系为
19、m＝e-e sin e (5)
20、天基跟踪系统中卫星在轨道平面坐标系中的位置rp表示为
21、
22、对式(6)求导，得到天基跟踪系统中卫星在轨道平面坐标系内的速度
23、
24、根式(6)(7)卫星在轨道平面坐标系中的位置与速度根据轨道平面坐标系与地心惯性坐标系之间的变换关系，求得卫星在地心惯性坐标系下的位置和速度
25、轨道平面坐标系到地心惯性坐标系的坐标转换矩阵表示为
26、
27、其中，
28、
29、则天基跟踪系统中卫星在地心惯性坐标系下的位置和速度分别表示为
30、
31、天基跟踪系统中的卫星仅受到地球引力，而不受到其它摄动力的作用，则天基跟踪系统中的所有卫星满足以下动力学方程
32、
33、其中，r0和为根据天基跟踪系统参数和式(6)、式(7)以及式(10)所得到的卫星的初始位置与速度。对式(11)进行积分，获得天基跟踪系统中任意卫星的动力学模型，实现天基跟踪系统的状态描述。
34、其它摄动力的作用包括大气阻力、太阳光压。
35、步骤二：将空间目标跟踪问题建模为空间目标的观测空间与状态空间之间的对应关系，由于空间目标状态只有部分可观测，因此采用贝叶斯递归方法估计空间目标状态，得到一组在时间序列上的空间目标状态信息，建立空间目标状态估计模型。
36、在空间目标跟踪系统中，空间目标与时刻之间的内在联系为空间目标在时间序列上的状态变化。空间目标跟踪问题可以建模为空间目标的观测空间与状态空间之间的对应关系。在状态空间中，空间目标状态由上一个时刻k-1向下一个时刻k转移。然而，在观测空间中，由于空间目标状态只有部分能够被观测，因此，采用贝叶斯递归方法估计空间目标状态，以得到一组在时间序列上的空间目标状态信息。
37、对于离散时间的状态空间系统，时刻k的状态由随机变量xk表示，状态向量随着马尔科夫转移函数在状态空间传播。在每个时刻k，带有噪声的观测过程产生观测值zk，与状态信息通过似然函本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑状态不确定性的空间目标可检测概率预测方法，其特征在于：包括如下步骤，
2.如权利要求1所述的一种考虑状态不确定性的空间目标可检测概率预测方法，其特征在于：步骤一实现方法为，
3.如权利要求2所述的一种考虑状态不确定性的空间目标可检测概率预测方法，其特征在于：步骤二实现方法为，
4.如权利要求3所述的一种考虑状态不确定性的空间目标可检测概率预测方法，其特征在于：步骤三实现方法为，
5.如权利要求4所述的一种考虑状态不确定性的空间目标可检测概率预测方法，其特征在于：步骤四实现方法为，
【技术特征摘要】
1.一种考虑状态不确定性的空间目标可检测概率预测方法，其特征在于：包括如下步骤，
2.如权利要求1所述的一种考虑状态不确定性的空间目标可检测概率预测方法，其特征在于：步骤一实现方法为，
3.如权利要求2所述的一种考虑状态不确定性的空间目标可检测概率...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晗，蔡一凡，薛植润，杨科莹，张景瑞，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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