一种雷达-光学混合双弧关联的定轨方法技术

本申请涉及一种雷达

【技术实现步骤摘要】
一种雷达
‑
光学混合双弧关联的定轨方法


[0001]本申请涉及航天
，特别涉及一种用于空间目标的雷达
‑
光学混合双弧关联的定轨方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于近地空间目标数量的快速增长，以及探测设备性能的增强，大量以往无法探测到的空间目标如今都可以被探测设备捕获到，比如，天基光学探测手段已经能够探测到尺度1cm以下的海量空间碎片，即使是微小尺度的碎片，一旦与卫星发生碰撞，也将产生不可预料的后果。因此，为了确保在轨航天器的运行安全，探测系统必须及时对未知空间目标进行准确编目。
[0003]在目标编目过程中，相关方法是利用一批未知目标测轨弧段，一般先进行单弧初轨确定，然后进行双弧关联定轨，接着进行多弧段关联定轨，最后通过多弧段最小二乘精密定轨完成新目标编目。上述过程中，双弧关联对最终的编目性能具有重大影响。
[0004]当前，雷达设备是探测低轨空间目标的主要手段，但目前无法实现全球布站，从而限制了探测能力。而这一缺陷可以通过天基光学观测手段弥补，但在新目标编目工作中如何通过雷达、光学弧段进行混合双弧关联，尚未得到解决。此外，稀疏观测数据场景下，为了尽快跟踪编目一个未知目标，有时必须利用仅有的一个雷达弧段和一个光学弧段，但由于观测数据非常稀疏时，初轨确定精度低，且基于轨道改进的方法难以收敛，因此不能利用轨道改进完成关联定轨；又由于两个弧段观测数据类型不同，无法直接套用现有的“雷达
‑
雷达”或“光学
‑
光学”双弧关联方法，难以准确的双弧关联及定轨严重制约近地空间目标快速编目能力。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种雷达
‑
光学混合双弧关联的定轨方法，以解决相关技术中无法通过雷达、光学弧段进行混合双弧关联、以及稀疏观测数据场景下空间目标快速编目能力受制约的技术问题。
[0006]本申请实施例提供了一种雷达
‑
光学混合双弧关联的定轨方法，所述雷达
‑
光学混合双弧关联的定轨方法包括以下步骤：
[0007]获取绕地运行空间目标的雷达测轨弧段光学测轨弧段
[0008]基于所述雷达测轨弧段通过Lambert边值问题解算雷达初始轨道根数
[0009]基于所述光学测轨弧段通过距离搜索法解算光学初始轨道根数得到候选解；
[0010]通过所述雷达初始轨道根数和所述光学初始轨道根数判定所述雷达测轨
弧段和所述光学测轨弧段是否可能来自同一空间目标；
[0011]如果不可能，则结束雷达
‑
光学混合双弧关联进程；如果可能，则继续下一步骤；
[0012]以所述雷达初始轨道根数确定得到的长半轴估计值，对解算所述光学初始轨道根数得到的候选解进行筛选，并通过传播筛选后的轨道解，生成所述光学测轨弧段转化而来的位置观测序列弧段
[0013]基于所述位置观测序列弧段和所述雷达测轨弧段构造Lambert边值问题以进行迭代双弧关联定轨，并通过Gooding方法进行求解。
[0014]在一些实施例中，所述获取绕地运行空间目标的雷达测轨弧段光学测轨弧段还包括：
[0015]获取所述雷达测轨弧段光学测轨弧段后，对两弧段进行弧段预处理；
[0016]所述弧段预处理包括：
[0017]对所述雷达测轨弧段的位置观测序列、和所述光学测轨弧段的测角观测序列进行跳变点检测以剔除粗差；
[0018]对剔除粗差后的所述雷达测轨弧段的位置观测序列、和所述光学测轨弧段的测角观测序列分别进行多项式拟合，以多项式拟合结果替代原始观测值。
[0019]在一些实施例中，所述基于雷达测轨弧段通过Lambert边值问题解算雷达初始轨道根数包括：
[0020]所述雷达测轨弧段包含的空间目标在地心惯性系下的位置矢量序列为选取两观测点构造Lambert边值问题以解算所述雷达初始轨道根数
[0021]在一些实施例中，所述基于光学测轨弧段通过距离搜索法解算光学初始轨道根数得到候选解包括：
[0022]所述光学测轨弧段选取所述光学测轨弧段的第一个观测点(α1,δ1,t1)和最后一个观测点(α
n
,δ
n
,t
n
)；
[0023]对两个观测点分别赋予距离观测值假设ρ1,ρ
n
；
[0024]结合观测位置已知坐标，得到地心惯性系下的两个位置矢量构造Lambert边值问题以解算一组轨道根数，同时计算该组轨道根数对应的残差均方根；
[0025]在两个观测点的距离观测值的可行区间上按设定步长进行搜索，获取所述候选解，以残差均方根最小的一组轨道解作为所述光学初始轨道根数
[0026]在一些实施例中，所述通过雷达初始轨道根数和光学初始轨道根数判定
所述雷达测轨弧段和所述光学测轨弧段是否可能来自同一空间目标包括：
[0027]设定所述雷达初始轨道根数和所述光学初始轨道根数可能存在关联时轨道根数差值阈值，为第一阈值，所述第一阈值包括长半轴差值和轨道倾角差值；
[0028]计算所述雷达初始轨道根数和所述光学初始轨道根数的轨道根数差值；
[0029]若所述雷达初始轨道根数和所述光学初始轨道根数的轨道根数差值满足所述第一阈值，则所述雷达测轨弧段和所述光学测轨弧段可能来自同一空间目标；
[0030]若所述雷达初始轨道根数和所述光学初始轨道根数的轨道根数差值不满足所述第一阈值，则所述雷达测轨弧段和所述光学测轨弧段不可能来自同一空间目标。
[0031]在一些实施例中，所述以雷达初始轨道根数确定得到的长半轴估计值，对解算所述光学初始轨道根数得到的候选解进行筛选，并通过传播筛选后的轨道解，生成所述光学测轨弧段转化而来的位置观测序列弧段包括：
[0032]以所述雷达初始轨道根数确定得到的长半轴估计值，对解算所述光学初始轨道根数得到的候选解进行筛选，以得到最接近的一组根数作为筛选后的轨道解；
[0033]所述筛选后的轨道解经SGP4/SDP4模型传播，在每个观测历元生成对应的位置，生成所述光学测轨弧段转化而来的位置观测序列弧段
[0034]在一些实施例中，所述基于位置观测序列弧段和雷达测轨弧段构造Lambert边值问题以进行迭代双弧关联定轨，并通过Gooding方法进行求解包括：
[0035]构造第一次双弧定轨，在所述位置观测序列弧段上选取一个观测时刻t1，在所述雷达测轨弧段上选取一个观测时刻t2，利用两时刻的两个位置矢量，构造Lambert边值问题以解算得到第一组定轨根数
[0036]基于所述第一组定轨根数将所述位置观测序列弧段和所述雷达测轨弧段中的位置矢量进行长周期项摄动改正，以生成两个新的观测弧段：和并构造第二次双弧定轨，以解算得到第二组定轨根数
[0037]基于所述第二组定轨根数将所述位置观测序列弧段和所述雷达测轨弧段中的位置矢量进行短周期项摄动改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雷达
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光学混合双弧关联的定轨方法，其特征在于，所述雷达
‑
光学混合双弧关联的定轨方法包括以下步骤：获取绕地运行空间目标的雷达测轨弧段光学测轨弧段基于所述雷达测轨弧段通过Lambert边值问题解算雷达初始轨道根数基于所述光学测轨弧段通过距离搜索法解算光学初始轨道根数得到候选解；通过所述雷达初始轨道根数和所述光学初始轨道根数判定所述雷达测轨弧段和所述光学测轨弧段是否可能来自同一空间目标；如果不可能，则结束雷达
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光学混合双弧关联进程；如果可能，则继续下一步骤；以所述雷达初始轨道根数确定得到的长半轴估计值，对解算所述光学初始轨道根数得到的候选解进行筛选，并通过传播筛选后的轨道解，生成所述光学测轨弧段转化而来的位置观测序列弧段基于所述位置观测序列弧段和所述雷达测轨弧段构造Lambert边值问题以进行迭代双弧关联定轨，并通过Gooding方法进行求解。2.如权利要求1所述的一种雷达
‑
光学混合双弧关联的定轨方法，其特征在于，所述获取绕地运行空间目标的雷达测轨弧段光学测轨弧段还包括：获取所述雷达测轨弧段光学测轨弧段后，对两弧段进行弧段预处理；所述弧段预处理包括：对所述雷达测轨弧段的位置观测序列、和所述光学测轨弧段的测角观测序列进行跳变点检测以剔除粗差；对剔除粗差后的所述雷达测轨弧段的位置观测序列、和所述光学测轨弧段的测角观测序列分别进行多项式拟合，以多项式拟合结果替代原始观测值。3.如权利要求1所述的一种雷达
‑
光学混合双弧关联的定轨方法，其特征在于，所述基于雷达测轨弧段通过Lambert边值问题解算雷达初始轨道根数包括：所述雷达测轨弧段包含的空间目标在地心惯性系下的位置矢量序列为选取两观测点构造Lambert边值问题以解算所述雷达初始轨道根数4.如权利要求1所述的一种雷达
‑
光学混合双弧关联的定轨方法，其特征在于，所述基于光学测轨弧段通过距离搜索法解算光学初始轨道根数得到候选解包括：所述光学测轨弧段选取所述光学测轨弧段的第一个观测点(α1,δ1,t1)和最后一个观测点(α
n
,δ
n
,t
n
)；对两个观测点分别赋予距离观测值假设ρ1,ρ
n
；
结合观测位置已知坐标，得到地心惯性系下的两个位置矢量构造Lambert边值问题以解算一组轨道根数，同时计算该组轨道根数对应的残差均方根；在两个观测点的距离观测值的可行区间上按设定步长进行搜索，获取所述候选解，以残差均方根最小的一组轨道解作为所述光学初始轨道根数5.如权利要求1所述的一种雷达
‑
光学混合双弧关联的定轨方法，其特征在于，所述通过雷达初始轨道根数和光学初始轨道根数判定所述雷达测轨弧段和所述光学测轨弧段是否可能来自同一空间目标包括：设定所述雷达初始轨道根数和所述光学初始轨道根数可能存在关联时轨道根数差值阈值，为第一阈值，所述第一阈值包括长半轴差值和轨道倾角差值；计算所述雷达初始轨道根数和所述光学初始轨道根数的轨道根数差值；若所述雷达初始轨道根数和所述光学初始轨道根数的轨道根数差值满足所述第一阈值，则所述雷达测轨弧段和所述光学测轨弧段可能来自同一空间目标；若所述雷达初始轨道根数和所述光学初始轨道根数的轨道根数差值不满足所述第一阈值，则所述雷达测轨弧段和所述光学测轨弧段不可能来自同一空间目标。6.如权利要求1所述的一种雷达
‑
光学混合双弧关联的定轨方法，其特征在于，所述以雷达初始轨道根数确定得到的长半轴估计值，对解算所述光学初始轨道根数得到的候选解进行筛选，并通过传播筛选后的轨道解，生成所述光学测轨弧段转化而来的位置观测序列弧段包括：以所述雷达初始轨道根数确定得到的长半轴估计值，对解算所述光学初始轨道根数得到的候选解进行筛选，以得到最接近的一组根数作为筛选后的轨道解；所述筛选后的轨道解经SGP4/SDP4模型传播，在每个观测历元生成对应的位置，生成所述光学测轨弧段转化而来的位置观测序列...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵广宇，李彬，张郑元，桑吉章，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：