[发明专利]一种星载空间目标轨道平滑方法

说明书

本发明实施例公开一种空间目标轨道平滑方法，包括：S000、导入采样时刻空间目标轨道参数；S001、判断所述轨道参数是否为轨道根数，是则跳至S004，否则跳至S003；S003、将所述轨道参数转换为采样时刻空间目标轨道根数；S004、将所述采样时刻空间目标轨道根数转换为平根数；S005、解析法预报轨道根数；S006、计算采样时刻轨道根数与解析预测轨道根数之间的误差，生成拟合数据，利用二阶傅里叶级数拟合所述误差；S007、利用二阶傅里叶级数拟合模型生成任意时刻空间目标轨道根数的平滑结果；S008、计算任意时刻空间目标的位置和速度；S009、将所述任意时刻空间目标的位置和速度与测试数据对应时间序列下的位置和速度作差，得到轨道平滑误差。

技术领域

本发明涉及卫星领域。更具体地，涉及一种星载空间目标轨道平滑方法。

背景技术

空间目标轨道预报是实现航天任务的前提，提高轨道预报的精度对于轨道设计、跟踪监测、GNSS导航定位等领域有着重要的实际意义。

空间目标在轨运行时，除了受到地球中心引力作用外，还受到地球非球型、大气、其他天体、太阳光压等多种复杂摄动力的影响。要想对空间目标轨道进行高精度的预报和平滑，一般可以采用解析法(一般摄动法)、数值法(特殊摄动法)和半解析法等三类计算方法，所述方法的优缺点如下：

一般摄动法通常先将摄动加速度表示成小参数的幂级数，再逐项解析积分求解方程。由于是解析解，故得到的结果包含多种情况的解，能获得有关摄动轨道的大量信息，这是它的优点；其不足之处主要在于解析推导的过程过于复杂和繁琐，求高阶解时尤其如此。

特殊摄动法是通过数值积分求解摄动运动方程，其优点是可用于计算任意轨道和任意摄动力，不足是积分结果只对应某个特定问题或某组特定的初始条件。此外，为获得某时刻的结果，必须计算出所需时刻以前的所有中间时刻的卫星坐标和速度分量，效率较低，并且存在误差累积问题。

半解析法的基本思路是建立轨道要素的变分方程后，不再构造慢变量(长期项与长周期项)的解析解，而是用数值方法求解；同时，用解析法求出短周期项的摄动解，再与慢变量的数值积分解相加，即得到完整的摄动解。其优点是综合了解析法与数值法的优点，具有较高的计算精度与计算效率，但其不足是田谐项不能统一处理，研究高阶理论有困难。

国内外己经发展出专门用于轨道计算的高精度模型和软件。国内方面，西安卫星测控中心的26程序预报精度很高，但其最大的问题是对于需要生成长时间稠密星历的情况效率非常不理想，另外其输入输出的固定格式也限制了其更深层面的应用。国外方面，由美国Analytical Graphics公司开发的卫星系统分析软件STK被广泛应用。STK具有高精度轨道预报模型HPOP，该模型采用了一套高保真的力学模型，并且可以选择多种不同的积分方法，轨道预报精度非常高，但对于预报稠密星历其效率也并不理想。在不考虑计算效率的情况下，STK的确是一个非常不错的卫星轨道模拟工具，但不易扩展性也限制了其进一步的应用，这也是很多成熟软件的普遍特点。

地面测控中心虽然可以一次性提前预报未来24小时内的高精度轨道数据，但受测控数传带宽和星载计算机存储容量的制约，即使通过地面测控设备频繁注入轨道数据，提前接收如此大数据量的轨道预报数据并不是优选的解决方法，必须在星载计算机上进行实时轨道预报；另一方面，要想对空间目标轨道进行高精度的预报，一般需要建立空间目标在轨运行的复杂动力学模型，并对动力学模型进行数值积分，这对星载计算机提出了很高的要求，无法保障实时性。

发明内容

有鉴于此，本发明第一个实施例提供一种星载空间目标轨道平滑方法，包括：

S000、导入采样时刻空间目标轨道参数，所述轨道参数为位置和速度或轨道根数；

S001、判断所述轨道参数序列是否为轨道根数，是则跳至S003，否则跳至S002；

S002、将所述轨道参数转换为采样时刻空间目标轨道根数；