[发明专利]一种航天器碰撞风险评估方法

说明书

技术领域

本发明属于航天测量与控制领域，具体涉及一种针对航天器的碰撞风险评估方法。

背景技术

碰撞风险评估是航天器空间碰撞预警的核心内容，是确保航天器安全运行的关键技术之一。完整的碰撞风险评估主要包括碰撞概率计算、破坏指数确定、碰撞风险状态分级、碰撞风险预警等内容。需要通过探测航天器周围的空间碎片信息，确定航天器面临的碰撞概率。航天器碰撞风险也与航天器自身的姿态，碰撞发生时的角度和相对速度等相关，需要将其量化为破坏指数。

目前碰撞风险评估中广泛采用碰撞概率、最小接近距离等评价指标来确定碰撞风险等级。在风险评价指标计算过程中不可避免地会受到误差影响，交会时刻、位置速度矢量、位置误差方差等输人参数的准确性直接影响到碰撞风险评估的可信性。仅仅使用最近接近距离和碰撞概率还无法确定真实的风险。因此，需要在碰撞概率计算的基础上进行碰撞风险的综合评估，提高风险评估的有效性和可信性，用于指导航天器碰撞规避。目前资料可查的碰撞风险综合评估方法将输入参数分为风险评估参数和品质评估参数。风险评估参数是用于描述碰撞风险大小的量，如接近距离和碰撞概率。品质评估参数是描述用来预报接近事件的轨道确定精度的量，如预报时间和协方差等。这种方法虽然考虑了多个指标，亦包含了足够的信息量，但计算量大，不直观、不易工程应用及实时评估。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种航天器碰撞风险评估方法，通过碰撞指数确定、破坏指数确定、权系数确定和调整、碰撞风险指数计算四个步骤处理，从航天器周围的空间碎片信息中获得其碰撞风险评估结果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)确定红色预警对应的分值为80-100；黄色预警对应的分值为60-80；潜在危险对应的分值为0-60；

根据空间探测系统获得的轨道高度、最近距离及碰撞概率确定碰撞预警等级，其对照表如下：

确定碰撞指数式中P_c是空间探测系统输出的碰撞概率，P_t是碰撞概率门限，M_b是基础等级分值，红色预警对应80，黄色预警对应60，潜在预警对应0，S_P最大值取100，如若超出最大值则作截断处理；

(2)用碎片RCS与卫星RCS比值表征碎片大小，用λ表示；

用碎片接近速度反映碎片对航天直接冲击力，用γ表示；

用碰撞部位反映碎片碰撞后对航天器整体功能的影响程度，用η表示；

确定破坏指数D＝100ληγ；

(3)动态调整碰撞指数权重和破坏指数权重，权重W₁表示碰撞指数权重，W₂表示破坏指数权重；其中，a为变权系数，将碰撞指数和破坏指数进行聚合，记作E_fix＝0.8S_p+0.2D，将作为输入参数，采用下凸递增函数计算调整后的a；X_i表示指数项，X₁表示碰撞指数，X₂表示破坏指数；

(4)计算健康指数用于评价评估对象的碰撞风险；

(5)重复步骤(1)～(4)，分别计算n个碎片对目标航天器的碰撞风险值E_j，碎片序号然后计算得到总碰撞风险根据总碰撞风险确定碰撞风险等级，红色预警对应的分值为80-100；黄色预警对应的分值为60-80；潜在危险对应的分值为0-60。

本发明的有益效果是：在航天器空间碰撞概率计算及其分析处理结果的基础上定义了航天器风险综合评估的概念，并提出了碰撞指数和破坏指数的计算方法，该方法根据碰撞概率和其他空间探测信息能更加全面地考虑航天器所面临的各种运行风险；同时该方法对碰撞指数和破坏指数权值系数进行分配和动态调整，相比仅仅考虑碰撞概率算出的结果置信度更高，所得的风险评估结果更符合航天器在轨运行的实际情况。本发明所规范的评估过程简单清晰，可为航天器风险评估的工程化应用提供有力的方法支撑。

附图说明

图1是本方法框架图。

图2是本方法碰撞指数确定流程图。

图3是本方法破坏指数确定流程图。

图4是本方法权值系数确定及调整流程图。

图5是本方法碰撞风险指数计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明包括以下步骤：