[发明专利]一种基于测角和测距信息的空间目标高精度在轨定位方法

说明书

一种基于测角和测距信息的空间目标高精度在轨定位方法，通过可见光相机拍摄空间碎片的图像，同时通过微波测距载荷获得空间碎片的距离信息，在通过光学识别算法提取出空间碎片相对卫星的角度信息，并通过雷达脉冲测距模型得到空间碎片相对卫星的距离信息。已知空间碎片相对卫星的角度信息和距离信息，通过数据融合模型可以得到空间碎片高精度的定位结果。能够减少卫星在轨跟踪空间碎片的弧段，在较短的跟踪时间内通过测量得到的角度信息和距离信息结合便于软件化的计算方法，实现对空间碎片的高精度定位，本发明可以在天基数十秒至数分钟的观测时间内，实现空间目标的高精度定位。

技术领域

本发明涉及一种基于测角和测距信息的空间目标高精度在轨定位方法，属于空间在轨定位技术领域。

背景技术

自从了解到数量众多的空间碎片的危害性之后，人们一直在努力探明空间碎片的数量和分布情况。这就要求知道空间碎片在轨道上的位置及变化，确定空间碎片的运行轨道，空间碎片在空间的分布是极不均匀的，且很难被全程跟踪，如何精确获取空间碎片的轨道参数一直是一个难题。可以通过地基雷达或光学望远镜的观测空间碎片，并对观测数据解算获取空间碎片的位置信息，但更多的空间碎片很难被地面设施跟踪。

天基空间碎片监测多通过卫星装载可见光学相机进行监测和跟踪，在通过处理光学观测数据得到空间碎片的位置信息。与地基观测不同，天基监测受光学相机性能、卫星平台轨道周期以及系统工作模式制约，单次测量任务内对空间碎片可能仅获得数十秒至数分钟的观测时间，相对碎片轨道周期属于短弧测量。单个观测时间的短弧测量所能反映的空间碎片运动特性或轨道特征有限，难以提取测量二阶导或弧段曲率等高阶信息，无法有效处理出空间碎片的位置信息。同时，空间碎片在轨运动中除受地球中心引力作用外还将受到多种摄动力因素的影响，在高精度定位中需要根据需要对摄动力进行取舍。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服空间碎片难以被地基监测系统发现和在轨短弧定轨精度不高的难题，提供一种基于测角和测距信息的空间目标高精度在轨定位方法，能够通过可见光相机拍摄空间碎片的图像，同时通过微波测距载荷获得空间碎片的距离信息，在通过光学识别算法提取出空间碎片相对卫星的角度信息，并通过雷达脉冲测距模型得到空间碎片相对卫星的距离信息，根据空间碎片相对卫星的角度信息和距离信息，通过常规数据融合模型可以得到空间碎片高精度的定位结果。

本发明解决的技术方案为：一种基于测角和测距信息的空间目标高精度在轨定位方法，步骤如下：

1)卫星携带的可见光相机连续多帧拍摄空间；

2)对步骤1)拍摄的空间进行信息提取，根据提取的信息，得到空间中空间目标相对观测卫星的角度信息；

3)从空间目标中剔除小行星、微流星和人造卫星，得到的空间碎片相对观测卫星的角度信息；

4)根据步骤3)得到的空间碎片相对观测卫星的角度信息，引导星载微波雷达发射脉冲指向空间碎片，得到空间碎片相对观测卫星的距离信息(测距信息)；

5)根据步骤4)得到的空间碎片相对观测卫星的距离信息，结合步骤(3)的空间碎片相对观测卫星的角度信息，得到目标碎片惯性系下的位置信息；

6)重复步骤1)-5)，得到目标碎片惯性系下的多次位置信息；

7)根据步骤6)得到的目标碎片惯性系下的多次位置信息，对空间碎片进行精确定位，得到定位结果；

8)将步骤7)得到的定位结果存储和下传。

可见光相机，具体要求为：可见光相机使用高动态范围的面阵成像传感器。

根据步骤3)得到的空间碎片相对观测卫星的角度信息，引导星载微波雷达发射脉冲指向空间碎片，得到空间碎片相对观测卫星的距离信息，具体如下：