[发明专利]光学望远镜共视观测确定空间目标初轨的几何方法及系统

说明书

本发明属于空间目标数据处理技术领域，公开了一种光学望远镜共视观测确定空间目标初轨的几何方法及系统，基于双目望远镜共视观测数据，在空间目标和两个测站组成的三角形中，利用几何法直接求解目标位置信息；根据观测量的连续性，利用差分方法直接求出目标的速度信息。具体包括：通过内插的方法使两个观测数据时间同步；在三角形ABS中利用几何法计算目标的距离；通过方位和距离信息得到目标的位置矢量。本发明几何法和现有技术的矢量法比较，几何法两个方程解两个未知数，矢量法是三个方程解两个未知数，几何方法根据准确。求解是唯一的。本发明提出求解速度的位置差分法，整个求解过程完全摆脱了力学方程。对变轨目标有明显的优势。

技术领域

本发明属于空间目标数据处理技术领域，尤其涉及一种光学望远镜共视观测确定空间目标初轨的几何方法及系统。

背景技术

空间目标定轨有两种概念，短弧意义下的初轨计算和长弧意义下的轨道改进——精密定轨。初轨确定在天体力学方面是最基本的问题，比较经典的就是Laplace和Gauss方法。这两种方法都是求解空间目标和中心天体组成的二体问题的力学方程。虽然这些方法随着时间的推移又有了不断改进，但对于一些特定目标其收敛性和大误差等问题并没有得到本质的改变。对一些近地轨道卫星和空间碎片，特别是一些变轨目标，传统方法不能满足精度的要求。武汉大学对空间目标的光学数据提出一种距离搜索的方法定初轨，可以将定轨转为兰伯特问题(Lambert)，从而很好地解决了程序收敛问题，但是这种方法对于变轨目标只能求出平庸解。

空间目标异地双目望远镜共视观测，即两个观测站在共同视场内对一个目标进行同时观测。对于光学望远镜和光电阵列系统的共视观测，基于两行根数做预报。对观测时经过光学望远镜视场内所有的已知目标做出标识。低轨目标和恒星背景有明显的相对移动，在观测时便于观测员发现疑似的未知目标并及时跟踪。因为光电阵列系统的视场远大于单个光学望远镜的视场，共视观测时该目标也出现在光电阵视场内。

异地双目望远镜共视观测可以不用迭代而快速确定目标的初轨根数，从原则上说只要双目望远镜共视观测到目标，就可以通过矢量计算或者几何方法确定目标的位置，它的求解过程不需要力学方程，对变轨目标和临界空间目标有明显优势。

目前最接近的方法是矢量方法，利用矢量法求出目标的距离。光电望远镜给出的观测数据是站心赤道坐标系的赤经和赤纬(α、δ)。如果一个测站的观测值为(α₁，δ₁)，测站在地心赤道坐标系中的位置为(X₁，Y₁，Z₁)，而另一测站的观测值为(α₂，δ₂)，测站在地心赤道坐标系中的位置为(X₂，Y₂，Z₂)。设测站到空间目标的距离分别为ρ₁，ρ₂，可以得到方程(1)，解方程得到ρ₁、ρ₂。

容易看出，矢量方法是三个方程求解两个未知数，取不同的两个方程求解结果有偏差。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)望远镜观测中，经典的Laplace和Gauss方法都需要迭代，在数据质量不好的情况下都有迭代失败无法定轨的情况。经典方法对变轨目标无效，无法求出变轨目标准确的轨道参数。

(2)矢量方法求解初轨是三个方程求解两个未知数，在三个方程中任意取两组方程都可以求出结果，但是采用不同的两个方程会求出不同的结果。

(3)矢量方法求解速度矢量，仍然沿用了力学方法。虽然矢量方法也可以用差分法求解速度，但是由于矢量方法的距离偏差不稳定，速度偏差会也会有不确定性。