空间目标编目定轨理论与技术进展

根据近年文献调研,归纳总结了现有空间目标编目定轨方法的研究现状,概括了现有空间目标编目应用中面临的主要工程技术性难题。在初轨确定领域,重点对改进的Laplace法、改进的Gauss法、以及近年新提出的纯测角法开展了跟踪研究。在空间目标精密定轨领域,重点研究了事后精密定轨方法和实时精密定轨方法。在联合定轨领域,重点研究了多种观测源的联合定轨技术、基于模型的联合定轨技术、以及多源数据融合的联合定轨。通过大量文献研究,对近年来空间目标定轨理论与技术的进展和发展现状进行了总结和展望。

基于单星测轨进行LEO和GEO目标编目

针对既有天基探测的不足,本着降低卫星制造难度、使用复杂度,拓展监视对象的原则,针对编目测轨所需,论证设计了一个采用零倾角、9 000km高度轨道,装有7个可见光探测器,以空域监视方式支持空间目标编目测轨的构想。该构想只需1颗卫星,即可形成空间目标编目所需的测轨,独立支持LEO（低地球轨道）和GEO（地球同步轨道）目标的编目管理,具有战略、战术双重价值。

空间目标光电观测网中的目标分配问题

针对空间目标光电观测网中的目标分配问题,通过对编目实际情况的分析,考虑了目标的探测率、编目定轨对测量数据的要求和编目更新率,提出编目效率的概念并给出相应计算方法。在此基础上,建立了空间目标分配优化的线性规划模型。数值仿真表明,模型有效,求解可行,可用于空间目标光电观测网的日常运行,提高观测网的运行效率。编目效率概念同时也可作为对观测所需资源消耗的度量,从而实现对观测网编目能力的评估。

观测数据关联的泰勒展开径向速率方法

针对近地空间目标编目探测中,双屏电子篱笆的观测数据关联判断的问题,提出一种基于泰勒展开的径向速率数据关联方法。该方法对关联判断中径向速率这一判别量的计算采用泰勒展开的方式;与传统方法相比,该方法不需要进行地心地固坐标系与地心惯性系坐标转换,也不需要迭代计算初轨根数,具有简单、快速、符合精度需求的特点。在双屏电子篱笆探测LEO(Low Earth Orbit,低地球轨道)cm级空间目标的应用仿真中,该方法与使用初轨确定结果的径向速率方法相比,判断正确率基本相同,但所需计算时间比后者低一个数量级。因此,所述方法的判断效率较高,可为编目探测系统的数据处理流程提供参考。

基于贪婪算法的空间编目观测任务调度方法

针对空间监视任务过程中涉及的测站级编目观测任务调度问题,提出了一种基于贪婪算法的观测任务调度算法,并给出了算法可行的理论证明。在程序的功能设计上,考虑了实际中心任务对时间要求不同和测站工作等特点,并以提高设备时间利用率和中心任务完成率作为程序设计的主要目标。通过软件仿真,该算法可以给出可行的测站观测任务计划,计划中设备实际时间利用率提高到80%以上,中心任务当日完成率达到50%以上,基本满足测站日常观测需要。

空间目标编目测量资源调度策略设计与实现

空间目标编目测量资源调度是一个复杂的系统问题。首先对测量资源调度要素进行分析,然后在对调度需求分解的基础上,给出一个基于CSP（约束满足问题）模型的随机搜索编目调度算法。该算法在目标数量多、任务数据量大、复杂度高的任务环境下,求解快速、稳定。最后对调度软件实现中的核心问题——数据结构组织方式进行了阐述,基于合理的数据结构,调度算法得以高效实现。

基于协方差理论的非关联轨道动态关联算法

空间目标编目过程中新目标监测数据稀疏,定轨误差大,固定门限的轨道关联成功率低。文章旨在通过轨道协方差演化和马氏距离动态关联不能与目标数据库关联的非关联轨道(uncorrelated tracks,UCTs)。关联模拟流程包括轨道星历计算、观测数据模拟、定轨及协方差演化和马氏距离动态关联。协方差演化是UCTs关联的主要过程。文章建立基于线性和无迹卡尔曼滤波(unscent kalman filter,UKF)协方差生成和演化算法,以雅克比转换计算演化协方差并引入UKF算法提高协方差计算精度,分析高斯演化协方差计算结果,建立高效稳定的协方差演化模型,并把协方差演化模型应用于UCTs关联中去。以印度一箭104星中的20颗卫星的两行轨道根数模拟UCTs关联,结果表明,随着轨道时间间隔增加,关联量逐渐下降。相同轨道时间间隔,不同卫星轨道所计算的关联量也不相同。当关联阈值设为200时20颗卫星可以全部关联。

利用稀疏角度数据改进空间目标TLE轨道预报精度

数量庞大的NORAD(North American Aerospace Defense Command)在轨编目目标轨道通过双行根数(two line elements,TLE)的形式向大众发布,然而由于采用SGP4模型等原因,TLE的轨道预报精度不高,有必要利用相关方法提高预报能力。本文利用长春站光电阵稀疏角度观测数据改进TLE的轨道预报精度,选择了4个NORAD编目目标作为对象进行实验。结果表明,当3 d定轨时段内含至少3个观测弧段时,利用改进后的TLE预报目标7 d后的轨道的精度可以较原始TLE预报精度提升近50%,表明利用稀疏光学测角数据改善目标TLE预报精度是可行的。