【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于光学短弧航迹关联的轨道确定方法，属于航空航天领域。
技术介绍
1、随着人类航天活动的不断增加和巨型星座爆炸式的发展，空间物体数量呈现指数级增长。根据美国国家监视网的数据，目前已编目的空间物体约有2.6万个，然而这仅占环绕地球的空间目标总数的极小部分。大部分空间碎片由于观测次数少、时间短而难以被准确编目。此外，空间中的非合作目标众多且具备较高的机动能力，进一步增加了编目的困难性。缺乏这些目标的轨道信息使得准确评估航天器碰撞风险成为挑战。因此，需要依靠空间传感器监测航天器的位置、速度和轨道等信息，并通过轨道计算和预测来评估碰撞风险。
2、全球空间目标追踪与监测网络主要包含雷达、光电及无线电等传感器系统。与雷达探测方式相比，光电跟踪系统探测距离远、运行成本低且设备隐蔽性好，是重要的空间目标监测方式。在光学巡天观测任务中，地面望远镜或者相机系统受到观测条件和任务分配的约束，仅仅能够在短时间段窗口内观测到空间目标。这些观测弧段相对于目标轨道周期较短，通常被称之为航迹或者航迹片段。由于覆盖时间很小，因此尽管单个航迹包含多组测角信息，也无法实现可靠的轨道确定。同时由于航迹时间间隔长、空间目标数量相对较大、轨道不确定度影响以及仅存在光学测角信息，难以对目标航迹进行关联。
3、传统的高斯、laplace、gooding和double-r迭代方法，处理单一弧段仅测角数据获取的轨道状态估值含有显著的误差，在很多情况下算法无法收敛。在最近的研究中，考虑限制性容许域的两点边值问题，通过引入轨道、飞行时间和虚焦
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于光学短弧航迹关联的轨道确定方法，对norad编目数据库的空间目标按轨道高度划分，约束了geo目标的轨道六根数范围；根据轨道的半径范围和航迹对与观测站的几何关系，构建航迹间的轨道位置的可容许域；考虑虚焦点轨迹、零能量飞行时间等约束对可容许域进行限制；将限制性容许域代入兰伯特问题中，求解轨道的状态，并将其转为预测的观测值，计算预测观测值与真实观测值间的马氏距离，筛选获得目标的关联目录以及轨道集合；将目标与每个关联对象的所有轨道离散化为粒子集合，采用自适应聚类方法，将粒子群依据相似性进行划分，实现对每个粒子群的先验协方差的合理估计；以高精度的轨道传播模型为状态方程，以计算目标与地面观测站的赤经、赤纬为观测方程，利用无迹粒子滤波对目标轨道进行伪更新，并计算归一化新息平方，以动态剔除误关联航迹，对目标的关联目录和轨道集合进行更新。利用更新后的目标关联目录和轨道集合，合并目标所在时刻的所有轨道状态，并离散为粒子集合，按关联目录对目标进行聚类无迹粒子滤波更新，并计算归一化新息值来确定轨道状态。
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基于光学短弧航迹关联的轨道确定方法，首先，根据norad编目数据库的两行轨道根数数据对geo目标的半长轴、偏心率和轨道倾角范围进行分层；根据轨道的半径范围和航迹对与观测站的几何关系，构建航迹间的轨道位置的可容许域；通过引入倾角、零能量飞行时间、几何空焦点等物理约束对轨道位置进行约束筛选；利用兰伯特求解器计算出轨道状态，并转为预测的角度值和角速度值，计算预测值与观测值的马氏距离进行初步筛选，获得目标的关联目录以及轨道集合；将目标与每个关联对象的所有轨道离散化为粒子集合，采用自适应聚类方法，将粒子群依据相似性进行划分，从而实现对粒子群的先验协方差的合理估计；以高精度的轨道传播模型为状态方程，以计算目标与地面观测站的赤经、赤纬为观测方程，对每个集群分别使用无迹粒子滤波方法对目标轨道进行伪更新，并计算归一化新息平方，剔除误关联航迹，对目标的关联目录和轨道集合进行更新，最终完成轨道的确定。
4、本专利技术公开的一种基于光学短弧航迹关联的轨道确定方法，包括如下步骤：
5、步骤一：容许域的构建
6、将norad编目数据库的两行轨道数数据转化为轨道六根数，按轨道高度进行划分，得到对geo目标的半长轴、偏心率和轨道倾角范围；根据半长轴和偏心率范围计算出轨道的最小近地点rmin和最大远地点rmax也即轨道的半径范围：
7、rmin＝amin(1-emax) (1)
8、rmax＝amax(1+emax) (2)
9、根据观测站与空间目标的位置几何关系，计算出观测站与目标的视距范围(ρmin,ρmax)：
10、
11、
12、式中r为观测站相对地心的位置矢量，u为单位视距方向:
13、u＝[cosαcosδ,sinαcosδ,sinδ]t (5)
14、其中，α和δ分别为观测值对应的赤经、赤纬。
15、在视距范围中均匀取点，得到航迹对与观测站的视距ρ1、ρ2，再根据几何关系求得视距所对应航迹与地心间的位置矢量：
16、ri＝ri+ρiui (6)
17、即可建立起航迹对的轨道位置容许域r1、r2。
18、步骤二：约束容许域的构建
19、根据倾角约束、零能量飞行时间约束、几何空焦点约束和特殊的兰伯特约束等对步骤一所构建的容许域进行约束筛选。
20、倾角约束：对于geo轨道上的空间目标来说，倾角范围为i∈(-35°,35°)。
21、计算轨道平面的单位法向向量
22、
23、其中，正负号取决于传播是短路径(+)还是长路径(-)。轨道倾角由下式给出：
24、
25、式中，为地心惯性坐标系下的z轴所对应的单位矢量：
26、因此，倾角约束为：
27、
28、零能量飞行时间约束：飞行时间值δttof随着轨道能量的增加而单调减少，正能量的双曲线轨道的飞行时间是最短的，负能量的椭圆轨道的飞行时间总是比零能量的抛物线轨道的飞行时间δtze长，因此负能量约束为：
29、
30、同样，符号取决于传播是短路径(+)还是长路径(-)。式中，参数λ由位置向量定义：
31、
32、式中，r1、r2为轨道状态的位置矢量r1、r2的模长。
33、几何空焦点约束：空焦点必须位于两个位置之间的双曲线上。
34、认为空间目标为开普勒运动，求解空焦点相对于主焦点的位置，得到约束方程：
35、
36、式中，c＝||r2-r1||为弧段弦长，p*为极值点，变量f(p*)是为了简化推导和讨论引本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于光学短弧航迹关联的轨道确定方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤一的具体实现方式如下：
3.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤二的具体实现方式如下：
【技术特征摘要】
1.一种基于光学短弧航迹关联的轨道确定方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晗，蒋易航，薛琛宝，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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