[发明专利]基于轨道面的地基探测设备过境计算目标及时段筛选方法

说明书

技术领域

本发明属于空间碎片监测预警领域，具体涉及一种基于轨道面的地基探测设备过境计算目标及时段筛选方法，适用于地球轨道卫星或火箭残骸通过地基探测设备视场的快速筛选。

背景技术

过境计算即是利用在轨目标(包括卫星和碎片)的轨道根数和设备探测参数(设备位置、探测视场角)，计算目标在给定的时间范围(即预报期)内通过探测设备视场的信息(即过境信息，包括进出视场的时间、进出视场的方位角、进出视场的俯仰角、进出视场的斜距)。过境计算需要同时考虑目标的轨道预报及探测设备随地球的运动，计算需要将预报期按照定步长/变步长进行划分获得一系列时间点，对目标位置和设备视场范围进行预报，通过判断各时刻目标的位置是否在探测设备视场范围内，再通过迭代计算得到目标的过境信息。

轨道预报计算是利用目标当前的轨道数据对目标其他时刻运动的状态进行计算。即通过目标在某一时刻的轨道根数计算其在其他时刻的轨道根数，这其中涉及到轨道力学的相关知识。

目前编目的在轨目标数量已经超过的16000个，为了完成对这些目标的编目和轨道更新，需要依靠雷达、望远镜等设备对它们进行日常观测，并根据观测数据进行定轨。过境预报是对空间碎片跟踪观测计划必不可少的工作，由于在轨物体数量基数大，因此过境预报需要大量的计算时间。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明旨在利用在轨目标的轨道根数和地基探测设备的参数快速判断目标能否具有过境的可能性，剔除不具有过境可能的目标。如果目标具有过境的可能性，本发明旨在给出目标不可能过境的时间段，剔除该时段，以有效节省减少其后过境计算的计算耗时。

(二)技术方案

本发明提出的一种基于轨道面的地基探测设备过境计算目标及时段筛选方法，包括如下步骤：S1、利用在轨目标的轨道根数和探测设备的探测参数计算目标轨道面与探测设备恰好相交的临界条件，计算临界条件下目标轨道面与设备中心轴线的夹角，该夹角定义为几何临界角；S2、利用探测设备的参数、在轨目标的轨道参数及所述几何临界角，建立目标轨道面法向与探测设备视场中心轴线的夹角函数关系式，根据该函数关系式结合所述几何临界角，建立目标轨道面与探测设备视场相交的不等式，该不等式定义为相交区域不等式：S3、按照在轨目标所满足的相交区域不等式解的情况对目标过境的情况进行判别；S4、对在预报期内的有些时段具有过境的可能的在轨目标，根据设备参数和目标轨道根数判断相交区域不等式解的条件，计算其可能的过境时段。

根据本发明的一种具体实施方式，在步骤S1中，确定目标轨道面与探测设备恰好相交的临界条件是以地球为中心且在目标轨道面上以轨道远地点地心距为半径构成了圆，探测设备探测范围构成了半无限圆锥，使这两个图形区域恰好相切于一点。

根据本发明的一种具体实施方式，步骤S1中以如下公式计算几何临界角γ₀：

其中fov是探测设备的视场角，R是探测设备距离地球地心的距离，r_p为在轨目标远地点的地心距。

根据本发明的一种具体实施方式，在步骤S2中，目标轨道面法向与设备探测视场中心轴线方向的夹角α为：

其中θ_G为地球在惯性系中的自转角，λ为探测设备的大地经度，为探测设备的大地纬度，i为在轨目标的轨道倾角，Ω为在轨目标的轨道升交点赤经。

根据本发明的一种具体实施方式，所述相交区域不等式为：|cosα|＜sinγ₀，其中α为目标轨道面法向与设备探测视场中心轴线方向的夹角，γ₀为几何临界角。

根据本发明的一种具体实施方式，在步骤S3中，将相交区域不等式简化表述为：|A sin X+B|＜sinγ₀，其中A是X是B是根据A、B、γ₀可以对在轨目标的过境情况进行判定。

根据本发明的一种具体实施方式，在步骤S3中，将在轨目标分为3类：在预报期内目标不可能过境，定义为“绝对不过境目标”；在预报期内任意时刻目标均具有过境的可能性，定义为“相对过境目标”；在预报期内目标使相交区域不等式在特定条件下有解，定义为“条件过境目标”。

根据本发明的一种具体实施方式，所述步骤S4包括：需根据目标根数及设备参数计算其所满足的情况对X进行求解，并根据计算t的范围，该t的范围结合过境预报预报期的时间段可得到“条件过境目标”可能的过境时段。

(三)有益效果