高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统及方法，包括：低轨观测卫星，被配置为在近地轨道对0度纬度的地球同步带进行观测，以协同配合对第一经度范围的地球同步带进行观测；倾斜地球同步轨道观测卫星，被配置为在倾斜地球同步轨道上对0度纬度第二经度范围的地球同步带进行观测；其中，第一经度范围的中心点与逆光盲区相背，第二经度范围包括逆光盲区。逆光盲区。逆光盲区。

【技术实现步骤摘要】
高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统及方法


[0001]本专利技术涉及航天
，特别涉及一种高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统及方法。

技术介绍

[0002]地球同步轨道带自身动力学特性赋予了其相对地表良好的覆盖稳定性，即轨道带上的飞行器具有和地球旋转角速度相同或相近的特征，从地面上看该轨道带上的飞行器相对地面静止，使该轨道带布置的航天器可以24小时不间断长期凝视地面固定区域，因此，地球同步轨道带成为现代导航通信、数据中继、气象观测等领域高价值太空资产的聚集地。但是，该轨道空间和频谱资源有限，随者越来越多的新型航天器进入GEO轨道，导致有限的GEO轨道资源越来越紧缺。
[0003]与此同时，该轨道带内的空间碎片也随之增多，GEO轨道内的失效航天器、卫星散落组件、火箭残骸等空间碎片严重影响其他卫星的运行安全，一旦发生碰撞，造成的新碎片数量将成指数级上涨，加剧了地球同步轨道带的环境恶化。因此，需对地球同步轨道带的碎片进行观测，以确保其他卫星的运行安全。
[0004]另外在科研、军事等许多领域，都需要对空间碎片进行监视，给出空间碎片的每一个瞬间在天空中的位置及其变化，确定空间碎片的运行轨道，从而获取空间碎片精确的信息。
[0005]目前，通过地基地球同步轨道带碎片观测系统对空间碎片进行观测，该地基地球同步轨道带碎片观测系统的观测距离较远，至少需35785km，且其易受气象环境、站址覆盖、光照干扰等因素影响，使得其覆盖范围、观测时效、编目数量、探测尺寸等能力受限，不能达到观测要求。低地球轨道上的观测平台对地球同步轨道带碎片的观测系统同样难以克服距离远、观测能力受限等问题。
[0006]尤其是目前的空间目标观测系统，因为逆光和探测灵敏度等问题，均无法实现对高轨空间碎片快速的遍历观测。具体而言，现有天基光学观测技术存在如下问题：无法解决观测过程中的逆光问题；高轨碎片的观测时效性无法达到快速；大视场广域观测探测能力不足。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统及方法，以解决现有的空间目标观测系统无法实现对高轨空间碎片快速的遍历观测。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统，包括：
[0009]低轨观测卫星，被配置为在近地轨道对0度纬度的地球同步带进行观测，以协同配合对第一经度范围的地球同步带进行观测；
[0010]倾斜地球同步轨道观测卫星，被配置为在倾斜地球同步轨道上对0度纬度第二经
度范围的地球同步带进行观测；
[0011]其中，第一经度范围的中心点与逆光盲区相背，第二经度范围包括逆光盲区。
[0012]可选的，在所述的高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统中，所述低轨观测卫星对第一经度范围的地球同步带进行观测，能够实现一轨对300
°
经度的地球同步带进行观测。
[0013]可选的，在所述的高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统中，所述低轨观测卫星包括低轨广域观测相机，低轨广域观测相机的相机视场不小于20
°×
40
°
，探测能力为300ms内13Mv；
[0014]其中低轨广域观测相机基于低轨视场拼接方法形成，该低轨视场拼接方法包括：根据高轨碎片分布，设置相机纬度向视场为40
°
，保障对最大纬度带覆盖；设置经度向视场为20
°
，这样利用低轨和高轨轨道运动差，形成大范围扫描带，最终达到对经度带的大范围覆盖。
[0015]根据以上低轨视场拼接方法的具体内容，和低轨观测与IGSO卫星上的相机具有不同的特点，可以实现成本低、观测精度高的技术效果。
[0016]可选的，在所述的高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统中，所述倾斜地球同步轨道观测卫星包括高轨广域观测相机，高轨广域观测相机的相机视场不小于10
°×
10
°
，探测能力为300ms内15Mv；
[0017]其中高轨广域观测相机基于高轨视场拼接方法形成，该高轨视场拼接方法包括：IGSO卫星可以采用10
°×
10
°
的相机，对准低轨星看不到的区域纬度中心在东西向来回拼接观测。
[0018]根据高轨视场拼接方法的具体内容、倾斜地球同步轨道观测和低轨卫星上的相机具有不同的特点，可以实现成本低、观测精度高的技术效果。
[0019]可选的，在所述的高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统中，低轨观测卫星通过姿态机动，使得低轨广域观测相机按照步进巡天观测模式，对0度纬度地球同步带观测，一轨观测300
°
经度带。
[0020]可选的，在所述的高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统中，低轨观测卫星观测过程中卫星姿态机动在保障视轴始终凝视0
°
纬度同步带的同时，通过经度向机动弥补碎片的相对运动速度，使得低轨广域观测相机采用长曝光方法，提高探测能力，曝光时间为5s～7s。
[0021]可选的，在所述的高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统中，
[0022]倾斜地球同步轨道观测卫星通过姿态机动，按照巡天模式进行观测，在观测过程中，通过经度向机动弥补碎片的相对运动速度，高轨广域观测相机采用长曝光方法，提高观测能力；
[0023]倾斜地球同步轨道观测卫星对包含60度逆光盲区的第二经度范围进行观测；最终双星系统实现对同步带碎片快速遍历观测。
[0024]可选的，在所述的高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统中，通过经度向机动弥补碎片的相对运动速度，使得低轨广域观测相机采用长曝光方法，提高探测能力包括：
[0025]第一步，通过卫星像移补偿保障碎片的像面运动速率在1个像元内；
[0026]第二部，相机通过延长曝光时间，使得探测能力提升。
[0027]本专利技术还提供一种高轨空间碎片快速遍历天基光学观测方法，包括：
[0028]第一步，基于视场拼接方法，研制广域观测相机；
[0029]第二步，在近地轨道部署一颗低轨观测卫星，在倾斜地球同步轨道部署一颗倾斜地球同步轨道观测卫星，每颗观测卫星均搭载一台广域观测相机；
[0030]第三步，低轨观测卫星通过姿态机动，使得低轨广域观测相机按照步进巡天观测模式，对0度纬度地球同步带观测，一轨观测300
°
经度带；
[0031]第四步，倾斜地球同步轨道观测卫星通过姿态机动，按照巡天模式进行观测，对包含低轨观测卫星60度逆光盲区观测，最终双星系统实现对同步带碎片快速遍历观测；
[0032]第五步，地面对低轨观测卫星和倾斜地球同步轨道观测卫星获取的碎片观测数据进行多平台高精度定初轨和轨道改进。
[0033]可选的，在所述的高轨空间碎片快速遍历天基光学观测方法中，还包括：
[0034]低轨观测卫星在观测过程中的卫星姿态机动一方面保障视轴始终凝视0
°
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统，其特征在于，包括：低轨观测卫星，被配置为在近地轨道对0度纬度的地球同步带进行观测，以协同配合对第一经度范围的地球同步带进行观测；倾斜地球同步轨道观测卫星，被配置为在倾斜地球同步轨道上对0度纬度第二经度范围的地球同步带进行观测；其中，第一经度范围的中心点与逆光盲区相背，第二经度范围包括逆光盲区。2.如权利要求1所述的高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统，其特征在于，所述低轨观测卫星的数量为1颗，通过协同配合对第一经度范围的地球同步带进行观测，能够实现一轨对300
°
经度的地球同步带进行观测。3.如权利要求1所述的高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统，其特征在于，所述低轨观测卫星包括低轨广域观测相机，低轨广域观测相机的相机视场不小于20
°×
40
°
，探测能力为300ms内13Mv；其中低轨广域观测相机基于低轨视场拼接方法形成，该低轨视场拼接方法包括：根据高轨碎片分布，设置相机纬度向视场为40
°
，保障对最大纬度带覆盖；设置经度向视场为20
°
，利用低轨和高轨轨道运动差，形成大范围扫描带，最终达到对经度带的大范围覆盖。4.如权利要求1所述的高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统，其特征在于，所述倾斜地球同步轨道观测卫星包括高轨广域观测相机，高轨广域观测相机的相机视场不小于10
°×
10
°
，探测能力为300ms内15Mv；其中高轨广域观测相机基于高轨视场拼接方法形成，该高轨视场拼接方法包括：IGSO卫星采用10
°×
10
°
的相机，对准低轨星看不到的区域纬度中心在东西向来回拼接观测。5.如权利要求3所述的高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统，其特征在于，低轨观测卫星通过姿态机动，使得低轨广域观测相机按照步进巡天观测模式，对0度纬度地球同步带观测，一轨观测300
°
经度带。6.如权利要求5所述的高轨空间碎片快速遍历天基光学观测系统，其特征在于，低轨观测卫星观测过程中卫星姿态机动在保...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永生，张科科，郑珍珍，杜伟，李东南，董磊，王志亮，万雨君，马晨，张祥，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：