[发明专利]空间碎片全时域激光探测的目标捕获和跟踪方法、存储介质及电子设备

说明书

本发明提出一种空间碎片全时域激光探测的目标捕获和跟踪方法、存储介质及电子设备，该方法中，首先获取碎片目标的一组最近精密轨道参数，以及目标本次过境的起止时刻，利用这些信息并结合对目标轨道参数最大沿迹误差的估计，生成搜索引导数据，DLR系统基于搜索引导数据对目标进行多仰角搜索，搜索过程中捕获并发现目标后，获取目标的若干探测数据，采用探测数据确定目标轨道参数的沿迹误差，并基于沿迹误差对目标轨道参数进行实时校正，校正后的轨道参数被用于产生目标的精密点位预报，引导DLR系统对目标实施后续的跟踪探测。本发明充分拓展了DLR系统的有效探测资源，优化了DLR数据的相位分布结构，极大改善了空间碎片的定轨和预报精度。

技术领域

本发明属于空间探测领域，具体涉及空间碎片全时域激光探测的目标捕获和跟踪方法、存储介质及电子设备。

背景技术

本世纪初，出于在轨航天器工作安全的需要，空间碎片(包括失效卫星、火箭残骸、以及目标解体、碰撞、爆炸产生的碎片等)的碰撞规避和主动清除技术日益受到重视，这些技术的有效实施均依赖于空间碎片轨道的精确掌握和预测，而基于雷达和光学测量数据的碎片目标定轨精度很难满足技术需求，于是针对空间碎片的激光测距(DLR)技术成为新的发展方向。

虽然DLR技术和SLR技术在探测原理上没有本质的差别，均是通过测量激光信号从地面站到空间目标的往返时间获得目标的距离，但由于探测对象的不同，DLR面临更大的技术挑战和困难，存在两个关键的技术问题需要解决。第一个问题属于回波信号的检测问题，SLR的探测对象为合作目标，系统发射的激光波束可由目标的角发射器将绝大部分光子按原路反射回去，回波信号检测容易，而DLR的探测对象为空间碎片(非合作目标)，系统发射的激光波束只能依赖于目标表面的漫反射，能够返回到地面站的光子比例很小，回波信号不易检测；第二个问题属于回波信号的产生问题，要求系统发射的激光波束能够捕获(击中)目标，通常需要目标轨道预报引导实现，由于激光波束很窄，因此要求轨道预报具有很高的精度，对于SLR面向的少量合作空间目标，可由国际激光测距服务组织(ILRS)每天更新发布的高精密星历文件(CPF)产生足够精确的目标点位预报，以引导SLR系统对目标进行有效的跟踪测量，而对于DLR面向的一般碎片目标，则没有如此高精密的星历可供使用。

为了使得激光波束能够捕获和跟踪碎片目标，目前国内外均采用了光学引导的方法，首先利用视场较大的光学望远镜或天文相机，对目标进行搜索和发现，获取一定数量的角观测资料，再引导激光波束完成对目标的捕获和跟踪(参见非专利文件1-3)。

鉴于当前碎片激光探测对光学设备的依赖，DLR技术的应用受到很大限制，光学测量一般存在天光和地影条件的约束，这就使得DLR技术只能在晨和昏附近两个时段内(此时碎片目标在轨道上被阳光照射，而地面激光站尚处于黑夜)有效实施，受激光能量限制，DLR目前只能对距离不超过3000公里的碎片目标进行有效探测，这些低轨目标在地影中通过的时间一般较长，扣除激光站白天和目标在地影中的时间，据估计可用于DLR探测的时间窗口总计不超过6小时(参见非专利文件4)，不仅造成探测资源的极大浪费，而且测量数据的轨道相位分布也不理想，不利于目标定轨精度的有效提升，从而严重降低了DLR技术的应用效能。为了有效拓展DLR探测的时间窗口，国际上近年来探索了空间碎片的白天激光探测技术(参见非专利文件4)，该技术的实现主要得益于光学观测技术的改善，并没有摆脱对光学引导的依赖，天光背景等噪声的影响尚没有得到很好的消除，目前只能对少量尺寸较大的近距离碎片目标实施白天的激光探测，DLR技术的应用效能仍存在很大局限，随着光学观测技术的进一步改善，即便将来空间碎片的白天激光探测能力得到显著提升，但由于地影区碎片目标的光学不可见性，DLR探测的时间窗口问题仍然存在。