一种基于多数据源融合的空间目标轨道确定方法及系统与流程

1.本发明涉及太空目标定轨技术领域，具体涉及一种基于多数据源融合的空间目标轨道确定方法及系统。


背景技术：

2.随着卫星应用领域的不断扩大，对其定轨精度要求越来越高。地面卫星光学观测系统属被动观测，这种技术以星空为背景，采用相对恒星定位的方法对卫星进行观测，它不受星上装备的限制，既能观测由太阳光照亮的被动卫星，也能观测闪光卫星；既能观测地面高度为几百公里的近地卫星，也能观测距离为几万公里的远地卫星。
3.在引入新兴的ccd漂移扫描技术及硬件设备后，可以观测更暗目标并达到很高的测角精度，对卫星定位后，然后进行轨道确定，有许多传统的初轨计算方法，如laplace法、gauss法等。laplace法要求三个时刻观测的单位方向矢量不能共面或在一个平面附近而且相隔时间较短，gauss法本身的计算比较复杂，为了便于使用，对两种方法进行了一定程度的改进，即改进的laplace法和改进的gauss法。相对而言，laplace方法比gauss法形式更为简洁，用于初轨确定更为有效。改进的laplace方法最大特点在于消去了条件方程中的相对距离ρ，可以综合处理多次光学观测数据，程序比较简单，可以满足一般定轨精度的需求。
4.改进的laplace方法最大特点在于消去了条件方程中的相对距离ρ，可以综合处理多次光学观测数据，程序比较简单，可以满足一般定轨精度的需求，但是在高精度需求下，改进的laplace方法有所缺陷，缺陷原因正是消去了条件方程中的相对距离ρ造成的。


技术实现要素：

5.技术目的：针对上述技术问题，达到定轨高精度需求，本发明提出了一种基于多数据源融合的空间目标轨道确定方法及系统，其基于赤经赤纬测角以及雷达测距，利用gooding方法实现联合定轨。
6.技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种基于多数据源融合的空间目标轨道确定方法，其特征在于，包括步骤：
8.(1)目标位置预报：获取空间目标最新时刻的轨道两行轨道数据tle文件，根据tle文件进行空间目标预报，得到空间目标位置预报和空间目标对观测点的位置可见性的可见性预报；
9.(2)实施观测：根据所述空间目标位置预报和可见性预报，制定观测计划，依据观测计划对空间目标进行光学测角，得到赤经赤纬，同时通过雷达系统对空间目标进行雷达测距，获取空间目标的相对距离；
10.(3)联合定轨：从步骤(2)中得到的数据中，获取t1，t2，t3三个时间点的赤经赤纬数据，以及t1，t3时间点的相对距离数据，利用gooding算法对空间目标初定轨，得到初轨结果；
11.将初轨结果作为精密轨道的入参，确定精密定轨的条件方程，采用最小二乘法求解所述条件方程，得到精密定轨结果；
12.(4)生成新历表：根据所述精密定轨结果，生成空间目标新历表。
13.作为优选，所述步骤(3)中，条件方程的公式如下：
[0014][0015]
其中y＝y
o-yc，yc＝h(x
*
,t)，x0＝x-x
0*
，
[0016]
yc是观测量的近似计算值，y为残差，x0为待估状态量x0的改正值，矩阵中的是测量矩阵，为状态转移矩阵；
[0017]
根据满足预设数量要求的测量数据tj，yj，(j＝1,
…
,k)，求解条件方程。
[0018]
一种基于多数据源融合的空间目标轨道确定系统，其特征在于，包括：
[0019]
目标位置预报装置，用于获取空间目标最新时刻的轨道两行轨道数据tle文件，根据tle文件进行空间目标预报，得到空间目标位置预报和空间目标对观测点的位置可见性的可见性预报；
[0020]
实施观测装置，用于根据所述空间目标位置预报和可见性预报，制定观测计划，依据观测计划启动光学观测装置对空间目标进行光学测角，得到赤经赤纬，同时通过雷达系统对空间目标进行雷达测距，获取空间目标的相对距离；
[0021]
联合定轨模块，包括初定轨模块和精密定轨模块，初定轨模块基于若干个时间点的测角数据和相对距离数据，利用gooding算法对空间目标初定轨，得到初轨结果；精密定轨模块用于将初轨结果作为精密轨道的入参，确定精密定轨的条件方程，采用最小二乘法求解所述条件方程，得到精密定轨结果；
[0022]
新历表生成模块，用于根据所述精密定轨结果，生成空间目标新历表。
[0023]
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
[0024]
本发明基于雷达测距系统提供卫星相对距离，然后利用gooding方法对空间目标进行多数据源联合定轨，定轨过程包括初定轨和精密定轨，初定轨结果基于融合了光学测角和雷达相对距离的数据得到，精密定轨以初定轨结果为入参，因此既有利于简化流程，又能够满足空间目标定轨精度需求。
具体实施方式
[0025]
下面对本发明的实施例作详细的说明。
[0026]
实施例一
[0027]
本实施例提出了一种基于多数据源融合的空间目标轨道确定方法，方法的主要处理过程概述为，(1)目标位置预报。(2)实施观测。(3)联合定轨。(4)生成新历表。
[0028]
该方法具体实现过程描述如下：
[0029]
步骤一、获取空间目标最新时刻的轨道两行轨道数据文件(two line element，即tle文件)，根据tle文件对空间目标进行位置预报和对观测点的位置可见性预报，得到空间目标位置预报和位置可见性预报。
[0030]
步骤二、根据步骤一得到的空间目标位置预报和可见性预报，预制定观测计划，对空间目标进行光学测角α，δ(赤经赤纬)，同时通过雷达跟踪对空间目标进行雷达测距获取
空间目标的相对距离ρ。
[0031]
步骤三、根据测角α，δ(赤经赤纬)和雷达测距相对距离ρ进行多数据源的联合定轨：
[0032]
首先利用gooding算法对空间目标定初轨，gooding初始轨道确定是采用三组角测量数据α，δ(赤经赤纬)及测量平台位置信息来估计空间目标位置和速度的算法；
[0033]
根据步骤二的测角数据获取t1，t2，t3三个时间点的测角数据，根据雷达测距数据获取t1，t3时刻的距离数据，用gooding方法定初轨，得到初轨结果；
[0034]
把初轨结果作为精密轨道的入参，进行精密轨道确定，精密定轨的基本条件方程为：
[0035][0036]
其中y＝y
o-yc，yc＝h(x
*
,t)，x0＝x-x
0*
，
[0037]
yc是观测量的近似计算值，y为残差，x0为待估状态量x0的改正值，矩阵中的是测量矩阵，为状态转移矩阵。
[0038]
运动体的精密定轨，即由大量测量数据tj，yj，(j＝1,
…
,k)，求解条件方程，可给出待估状态量x0的改正值从而给出达到一定精度要求的历元状态量从而给出达到一定精度要求的历元状态量x
0*
、表示采用最小二乘估计方法求解条件方程获得的在某种意义下的最优解，下标k表示应用了k次测量数据。精密定轨过程是一个迭代过程，即第一次给出后基本不能达到精度要求，由它作为x0的近似值再重复定轨过程，直到满足精度要求为止。
[0039]
步骤四、根据精密定轨结果，生成空间目标新历表。
[0040]
实施例二
[0041]
本实施例提出了一种基于多数据源融合的空间目标轨道确定系统，包括：
[0042]
目标位置预报装置，用于获取空间目标最新时刻的轨道两行轨道数据tle文件，根据tle文件进行空间目标预报，得到空间目标位置预报和空间目标对观测点的位置可见性的可见性预报；
[0043]
实施观测装置，用于根据所述空间目标位置预报和可见性预报，制定观测计划，依据观测计划启动光学观测装置对空间目标进行光学测角，得到赤经赤纬，同时通过雷达系统对空间目标进行雷达测距，获取空间目标的相对距离；
[0044]
联合定轨模块，包括初定轨模块和精密定轨模块，初定轨模块基于若干个时间点的测角数据和相对距离数据，利用gooding算法对空间目标初定轨，得到初轨结果；精密定轨模块用于将初轨结果作为精密轨道的入参，确定精密定轨的条件方程，采用最小二乘法求解所述条件方程，得到精密定轨结果；
[0045]
新历表生成模块，用于根据所述精密定轨结果，生成空间目标新历表。
[0046]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的
技术方案，均落在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种基于多数据源融合的空间目标轨道确定方法，其特征在于，包括步骤：(1)目标位置预报：获取空间目标最新时刻的轨道两行轨道数据tle文件，根据tle文件进行空间目标预报，得到空间目标位置预报和空间目标对观测点的位置可见性的可见性预报；(2)实施观测：根据所述空间目标位置预报和可见性预报，制定观测计划，依据观测计划对空间目标进行光学测角，得到赤经赤纬，同时通过雷达系统对空间目标进行雷达测距，获取空间目标的相对距离；(3)联合定轨：从步骤(2)中得到的数据中，获取t1，t2，t3三个时间点的赤经赤纬数据，以及t1，t3时间点的相对距离数据，利用gooding算法对空间目标初定轨，得到初轨结果；将初轨结果作为精密轨道的入参，确定精密定轨的条件方程，采用最小二乘法求解所述条件方程，得到精密定轨结果；(4)生成新历表：根据所述精密定轨结果，生成空间目标新历表。2.根据权利要求1所述的基于多数据源融合的空间目标轨道确定方法，其特征在于：所述步骤(3)中，条件方程的公式如下：其中y＝y
o-y
c
，y
c
＝h(x
*
,t)，x0＝x-x
0*
，y
c
是观测量的近似计算值，y为残差，x0为待估状态量x0的改正值，矩阵中的是测量矩阵，为状态转移矩阵；根据满足预设数量要求的测量数据t
j
，y
j
，(j＝1,
…
,k)，求解条件方程。3.一种基于多数据源融合的空间目标轨道确定系统，其特征在于，包括：目标位置预报装置，用于获取空间目标最新时刻的轨道两行轨道数据tle文件，根据tle文件进行空间目标预报，得到空间目标位置预报和空间目标对观测点的位置可见性的可见性预报；实施观测装置，用于根据所述空间目标位置预报和可见性预报，制定观测计划，依据观测计划启动光学观测装置对空间目标进行光学测角，得到赤经赤纬，同时通过雷达系统对空间目标进行雷达测距，获取空间目标的相对距离；联合定轨模块，包括初定轨模块和精密定轨模块，初定轨模块基于若干个时间点的测角数据和相对距离数据，利用gooding算法对空间目标初定轨，得到初轨结果；精密定轨模块用于将初轨结果作为精密轨道的入参，确定精密定轨的条件方程，采用最小二乘法求解所述条件方程，得到精密定轨结果；新历表生成模块，用于根据所述精密定轨结果，生成空间目标新历表。

技术总结
本发明公开了一种基于多数据源融合的空间目标轨道确定方法及系统，方法包括步骤：获取空间目标最新时刻TLE文件；制定观测计划，对空间目标进行光学测角，同时通过雷达系统对空间目标进行雷达测距；基于测角数据和相对距离，利用Gooding算法对空间目标初定轨；将初轨结果作为精密轨道的入参，确定精密定轨的条件方程，求解得到精密定轨结果；根据所述精密定轨结果，生成空间目标新历表。本发明基于雷达测距系统提供卫星相对距离，对空间目标进行多数据源联合定轨，包括初定轨和精密定轨，初定轨结果基于融合了光学测角和雷达相对距离的数据得到，精密定轨以初定轨结果为入参，既有利于简化流程，又能够满足空间目标定轨精度需求。求。


技术研发人员：胡元斌 陆建磊 袁芳 王瑞
受保护的技术使用者：北京开运联合信息技术集团股份有限公司
技术研发日：2023.01.06
技术公布日：2023/4/25