空间目标轨道机动探测研究

论文摘要

随着空间态势感知领域的不断发展,对空间目标编目能力的需求也日益迫切,而完备的编目库建设与维护能力需要覆盖范围更广、探测精度更高、探测目标轨道类型更全面的空间监测技术的支持。在空间监测时,若空间目标发生未知机动,脱离原轨道,从稀疏的观测数据中几乎无法找到与原轨道匹配的观测数据,若无法及时探测机动,进而恢复机动后的轨道,很可能失去对该目标的监控和编目。本文根据空间目标轨道机动与数据关联的基本理论,针对历史数据的空间目标机动检测、稀疏数据条件下的空间目标机动探测这两个问题进行了深入研究,提出了基于TLE数据的机动检测算法与基于数据关联的目标轨道机动探测方法,重点解决了观测数据稀疏条件下,在众多目标的短弧/甚短弧观测数据中进行轨道机动探测的问题。研发了空间目标轨道机动探测软件,通过仿真数据算例验证了算法和流程可行性与较高的成功率,并希望在空间目标机动探测方面发挥积极的作用。本文的主要研究工作与成果可归纳如下:1.在空间目标轨道机动原理研究方面,从二体问题的基本概念与轨道积分出发,研究不同形式轨道机动的轨道运动方程及其实施方法,进一步设计仿真实验,研究了不同机动变轨类型下的轨道参数域与观测值的变化情况。针对不同的数据类型,对现有的几种机动探测方法进行了介绍与描述,历史数据变轨检测方面介绍了SACM方法与综合判据法;对于合作目标,介绍了基于广播星历的机动检测方法;对于非合作空间目标的跟踪数据,介绍了适用于不同推力下的机动检测算法与流程。2.针对历史数据的轨道机动探测问题,提出基于TLE数据的机动检测算法。首先介绍了数据关联的概念与算法,并在数据关联思想的基础上,针对TLE数据,研究了基于数据关联的TLE轨道机动探测算法,并利用该算法,对多个目标的历史TLE数据进行机动探测,与综合判据方法的结果作对比,分析了两个算法的优点与缺点,实验表明数据关联法相对于综合判据法漏判率更低,对发现异面机动与量级较小的共面机动更为敏感。3.针对稀疏数据条件下的轨道机动探测问题,发展了基于数据关联的轨道机动探测算法,设计了从获取观测数据到目标编目入库的机动探测数据处理流程,其中包括数据关联、精密定轨、共面机动探测、等效变轨点估计等关键技术。研制了空间目标轨道机动探测软件,并根据不同机动类型大小,产生仿真数据,进行机动探测实验。实验表明,该算法能在包含机动目标的两个甚短观测弧段的众多观测数据中,以较高的成功率探测出目标共面机动的发生,并估计机动对目标轨道的改变量。当改善数据条件,利用短弧段数据可进一步较为准确地判断机动时刻与速度增量大小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略词
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 论文选题与研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 历史数据分析
•     1.2.2 轨道数据实时处理
•   1.3 研究目标与主要内容
• 第二章 轨道机动与数据关联基础理论
•   2.1 轨道运动方程
•     2.1.1 平面运动
•     2.1.2 空间轨道
•     2.1.3 考虑摄动的轨道运动方程
•   2.2 轨道机动运动方程及其实施办法
•     2.2.1 变轨形式
•     2.2.2 实施办法
•   2.3 轨道参数域的变化
•     2.3.1 共面脉冲升轨
•     2.3.2 共面脉冲降轨
•     2.3.3 共面连续升轨
•     2.3.4 共面连续降轨
•     2.3.5 异面脉冲
•     2.3.6 异面连续
•   2.4 轨道观测值的变化
•     2.4.1 共面脉冲升轨
•     2.4.2 共面脉冲降轨
•     2.4.3 共面连续升轨
•     2.4.4 共面连续降轨
•     2.4.5 异面脉冲
•     2.4.6 异面连续
•   2.5 数据关联基本原理
•   2.6 本章小结
• 第三章 基于历史数据的轨道机动探测方法
•   3.1 TLE数据变轨检测处理
•     3.1.1 SACM方法
•     3.1.2 综合判据方法
•   3.2 基于广播星历的机动探测
•   3.3 非合作空间目标跟踪数据处理
•   3.4 基于数据关联的TLE机动探测方法
•   3.5 算例分析
•     3.5.1 综合判据法
•     3.5.2 数据关联法
•   3.6 本章小结
• 第四章 稀疏数据条件下的共面轨道机动探测方法
•   4.1 基于数据关联的共面轨道机动探测方法
•     4.1.1 数据条件
•     4.1.2 利用两个观测弧段数据的轨道参数及其误差确定
•     4.1.3 轨道共面判断
•     4.1.4 确定变轨点与速度增量
•     4.1.5 确定变轨后的长半径和偏心率
•     4.1.6 参数假设检验
•   4.2 数据处理流程
•   4.3 仿真算例分析
•     4.3.1 数据准备
•     4.3.2 观测值与编目库关联
•     4.3.3 目标机动预警
•     4.3.4 观测弧段的初轨关联
•     4.3.5 精密轨道确定
•     4.3.6 共面机动探测
•     4.3.7 变轨点与速度增量计算
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘磊

导师: 桑吉章

关键词: 空间目标,稀疏数据,数据关联,等效变轨点,机动探测

来源: 武汉大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 武汉大学

分类号: P228.6

总页数: 79

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