Perturbed initial orbit determination

An algorithm for robust initial orbit determination (IOD) under perturbed orbital dynamics is presented. By leveraging map inversion techniques defined in the algebra of Taylor polynomials, this tool returns a highly accurate solution to the IOD problem and estimates a range centered on the aforementioned solution in which the true orbit should lie. To meet the specified accuracy requirements, automatic domain splitting is used to wrap the IOD routines and ensure that the local truncation error, introduced by a polynomial representation of the state estimate, remains below a predefined threshold. The algorithm is presented for three types of ground-based sensors, namely range radars, Doppler-only radars, and optical telescopes, by considering their different constraints in terms of available measurements and sensor noise. Finally, the improvement in performance with respect to a Keplerian-based IOD solution is demonstrated using large-scale numerical simulations over a subset of tracked objects in low Earth orbit.

应用距离搜索的低轨空间碎片初始轨道确定方法

使用低轨天基光学望远镜扫描式观测低轨空间碎片,由于两者的相对运动较快,只能获得很短时间内的角度观测值(甚短观测弧段),使用传统的Gauss方法和Gooding方法很难得到精确的空间碎片初始轨道。为此,文章提出了一种新的方法,在给定的一组角度观测值中,通过搜索其中2个时刻的距离信息,将纯角度的初始轨道确定问题转换为基于2个位置矢量的初始轨道确定问题;再利用其他时刻的角度观测值进行检核和约束,筛选出最优的初始轨道结果。利用文章方法对空间碎片在10~60s内的503个观测弧段进行处理,结果表明,其定轨误差与角度观测值变化率有关。将文章方法所得结果与Gauss方法和Gooding方法进行比较,证明文章方法在解的成功率和精度上都显著优于其他2种方法,能很好地确定空间碎片的初始轨道。

提高地月转移轨道入轨段初轨精度的技术途径

针对星箭分离前、后两段数据处于不同的飞行轨道,经典的轨道计算方法无法实现两段外测数据联合参与定轨,入轨段初轨精度难以进一步提高的问题,通过分析星箭分离时刻轨道半长轴确定精度与测量误差、轨道偏心率之间的关系,提出了提高站址坐标测量精度、采用分布式船姿船位测量体制以提高姿态测量精度、采用卫星测高数据计算任务海域垂线偏差并对船姿数据进行修正、船载雷达测速数据的东平台影响修正、合理的数据预处理以及采用基于速度增量修正的定轨新方法等多种技术途径,并重点介绍了基于速度增量修正、可实现星箭分离前后外测数据联合定轨的新方法。仿真计算和任务实测数据验算表明,新方法轨道半长轴确定精度较以往传统方法提高1个数量级以上,有利于后续测控计划制定和测控站的跟踪引导。

一种有效提高超大偏心率轨道初轨确定精度的新方法

针对某型号航天器的运行轨道偏心率大、轨控结束后可用于初轨确定的测轨数据少的特点，提出了一种能有效提高超大偏心率短弧段初轨确定精度的新方法。该新方法将轨道改进的思想融入初轨计算方法中，使之既适用于各种偏心率轨道的初轨计算，也适用于各种偏心率轨道的长弧段、多圈、多站数据的轨道改进；解决了传统初轨确定方法超大偏心率轨道短弧段初轨确定误差偏大的问题。通过任务实测数据的检验，新方法适用于各种偏心率轨道，并且超大偏心率轨道的初轨确定精度明显优于传统方法。

低轨空间目标甚短弧初轨关联

利用地基或天基光学观测技术进行低轨道(low earth orbit,LEO)目标编目库扩展,两个关键技术为甚短弧初轨确定(initial orbit determination,IOD)和初轨关联,针对这两个问题提出了距离搜索方法和几何方法。利用中国科学院国家天文台长春人卫站地基光电阵观测的角度数据和天基光学仿真角度数据进行实验。结果表明,利用距离搜索法进行甚短弧初轨确定,处理天基和地基数据的成功率约为90%;利用几何法进行初轨关联,相同目标初轨关联正确率高于80%。利用长春光电阵数据对关联算法进行了不同初轨条件下的大量测试和分析。初轨确定和初轨关联的试验结果验证了距离搜索法和几何法的有效性,表明这两种算法可应用于编目库扩展。

星载GPS的多目标跟踪数据处理方法

针对测量船外测数据对多个目标进行定轨精度较低的问题,该文提出了星载GPS数据、测量船外测数据的融合处理方法。在多目标测控任务中,航天测量船船载设备获取的外测数据仅包含一个主跟踪目标的测角数据和多个跟踪目标的测距数据,且测角数据精度较低,该文采用由星载GPS数据获取的等效测角数据和由测量船外测设备获取的测距数据进行定轨,经过分析试算,该方法有效弥补了船载外测设备测角数据精度较低的问题,提高了初轨确定的能力以及卫星星间距离的解算精度。

一种适用于相机阵列的空间目标初轨确定方法

结合单位矢量法的优点,提出一种适用于相机阵列的空间目标初轨确定(IOD)方法,并给出新的条件方程和具体流程。使用实验室搭建的相机阵列系统对某空间目标进行跟踪,并对帧频为25Hz、时长为5min的实测数据进行处理和分析,得到该空间目标在不同观测时长下的IOD结果,并以轨道半长轴的测定精度为主要指标进行精度分析。实验结果表明,在同一观测时长下,所提方法能有效减小IOD误差,提高IOD的可靠性。