基于軌道面的地基探測設備過境計算目標及時段篩選方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于空間碎片監測預警領域，具體涉及一種基于軌道面的地基探測設備過 境計算目標及時段篩選方法，適用于地球軌道衛星或火箭殘骸通過地基探測設備視場的快 速篩選。
【背景技術】
[0002] 過境計算即是利用在軌目標（包括衛星和碎片）的軌道根數和設備探測參數（設 備位置、探測視場角），計算目標在給定的時間范圍（即預報期）內通過探測設備視場的信 息（即過境信息，包括進出視場的時間、進出視場的方位角、進出視場的俯仰角、進出視場 的斜距）。過境計算需要同時考慮目標的軌道預報及探測設備隨地球的運動，計算需要將預 報期按照定步長/變步長進行劃分獲得一系列時間點，對目標位置和設備視場范圍進行預 報，通過判斷各時刻目標的位置是否在探測設備視場范圍內，再通過迭代計算得到目標的 過境信息。
[0003] 軌道預報計算是利用目標當前的軌道數據對目標其他時刻運動的狀態進行計算。 即通過目標在某一時刻的軌道根數計算其在其他時刻的軌道根數，這其中涉及到軌道力學 的相關知識。
[0004] 目前編目的在軌目標數量已經超過的16000個，為了完成對這些目標的編目和軌 道更新，需要依靠雷達、望遠鏡等設備對它們進行日常觀測，并根據觀測數據進行定軌。過 境預報是對空間碎片跟蹤觀測計劃必不可少的工作，由于在軌物體數量基數大，因此過境 預報需要大量的計算時間。
【發明內容】
[0005] (一）要解決的技術問題
[0006] 本發明旨在利用在軌目標的軌道根數和地基探測設備的參數快速判斷目標能否 具有過境的可能性，剔除不具有過境可能的目標。如果目標具有過境的可能性，本發明旨在 給出目標不可能過境的時間段，剔除該時段，以有效節省減少其后過境計算的計算耗時。
[0007] (二）技術方案
[0008] 本發明提出的一種基于軌道面的地基探測設備過境計算目標及時段篩選方法，包 括如下步驟：S1、利用在軌目標的軌道根數和探測設備的探測參數計算目標軌道面與探測 設備恰好相交的臨界條件，計算臨界條件下目標軌道面與設備中心軸線的夾角，該夾角定 義為幾何臨界角；S2、利用探測設備的參數、在軌目標的軌道參數及所述幾何臨界角，建立 目標軌道面法向與探測設備視場中心軸線的夾角函數關系式，根據該函數關系式結合所述 幾何臨界角，建立目標軌道面與探測設備視場相交的不等式，該不等式定義為相交區域不 等式：S3、按照在軌目標所滿足的相交區域不等式解的情況對目標過境的情況進行判別； S4、對在預報期內的有些時段具有過境的可能的在軌目標，根據設備參數和目標軌道根數 判斷相交區域不等式解的條件，計算其可能的過境時段。
[0009] 根據本發明的一種【具體實施方式】，在步驟S1中，確定目標軌道面與探測設備恰好 相交的臨界條件是以地球為中心且在目標軌道面上以軌道遠地點地心距為半徑構成了圓， 探測設備探測范圍構成了半無限圓錐，使這兩個圖形區域恰好相切于一點。
[0010] 根據本發明的一種【具體實施方式】，步驟S1中以如下公式計算幾何臨界角ytl:
[0011]
【主權項】
1. 一種基于軌道面的地基探測設備過境計算目標及時段篩選方法，包括如下步驟： 51、 利用在軌目標的軌道根數和探測設備的探測參數計算目標軌道面與探測設備恰好 相交的臨界條件，計算臨界條件下目標軌道面與設備中心軸線的夾角，該夾角定義為幾何 臨界角； 52、 利用探測設備的參數、在軌目標的軌道參數及所述幾何臨界角，建立目標軌道面法 向與探測設備視場中心軸線的夾角函數關系式，根據該函數關系式結合所述幾何臨界角， 建立目標軌道面與探測設備視場相交的不等式，該不等式定義為相交區域不等式： 53、 按照在軌目標所滿足的相交區域不等式解的情況對目標過境的情況進行判別； 54、 對在預報期內的有些時段具有過境的可能的在軌目標，根據設備參數和目標軌道 根數判斷相交區域不等式解的條件，計算其可能的過境時段。
2. 根據權利要求1所述的基于軌道面的地基探測設備過境計算目標及時段篩選方法， 其特征在于： 在步驟Sl中，確定目標軌道面與探測設備恰好相交的臨界條件是以地球為中心且在 目標軌道面上以軌道遠地點地心距為半徑構成了圓，探測設備探測范圍構成了半無限圓 錐，使這兩個圖形區域恰好相切于一點。
3. 根據權利要求2所述的基于軌道面的地基探測設備過境計算目標及時段篩選方法， 其特征在于： 步驟Sl中以如下公式計算幾何臨界角γ &
其中fov是探測設備的視場角，R是探測設備距離地球地心的距離，rpS在軌目標遠地 點的地心距。
4. 根據權利要求1所述的基于軌道面的地基探測設備過境計算目標及時段篩選方法， 其特征在于： 在步驟S2中，目標軌道面法向與設備探測視場中心軸線方向的夾角α為：
其中Se為地球在慣性系中的自轉角，λ為探測設備的大地經度，V.為探測設備的大 地煒度，i為在軌目標的軌道傾角，Ω為在軌目標的軌道升交點赤經。
5. 根據權利要求4所述的基于軌道面的地基探測設備過境計算目標及時段篩選方法， 其特征在于，所述相交區域不等式為： cos a I < sin γ 0， 其中α為目標軌道面法向與設備探測視場中心軸線方向的夾角，γ(ι為幾何臨界角。
6. 根據權利要求5所述的基于軌道面的地基探測設備過境計算目標及時段篩選方法， 其特征在于，在步驟S3中，將相交區域不等式簡化表述為：I AsinX+B I < sin Ytl，其中A是 cossiIi/+ ，X 是
，B 是 sin (6/cos/+;并根據 A、B、γ。可以對 在軌目標的過境情況進行判定。
7. 根據權利要求6所述的基于軌道面的地基探測設備過境計算目標及時段篩選方法， 其特征在于，在步驟S3中，將在軌目標分為3類：在預報期內目標不可能過境，定義為"絕對 不過境目標";在預報期內任意時刻目標均具有過境的可能性，定義為"相對過境目標";在 預報期內目標使相交區域不等式在特定條件下有解，定義為"條件過境目標"。
8. 根據權利要求7所述的基于軌道面的地基探測設備過境計算目標及時段篩選方法， 其特征在于，所述步驟S4包括： 需根據目標根數及設備參數計算其所滿足的情況對X進行求解，并根據
計算t的范圍，該t的范圍結合過境預報預報期的時間段 可得到"條件過境目標"可能的過境時段。
【專利摘要】本發明公開了一種利用在軌目標的軌道根數和地基探測設備的參數快速判斷目標能否通過設備視場，并給出目標可能通過視場時段的方法。包括：S1、幾何臨界角計算；S2、建立目標軌道面與設備探測區域相交條件的不等式；S3、快速對備探測區域相交條件的不等式無解、恒解、一般性解的情況進行判斷，篩選出可以剔除的目標、無法剔除的目標、可能過境的目標；S4、利用步驟S3建立的不等式獲得的可能過境的目標進行過境時段的篩選，得到該物體可能過境的時段。本發明能快速在軌目標不可能過境的時間段，有效節省減少其后過境計算的計算耗時。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104750999
【申請號】CN201510167273
【發明人】吳相彬, 楊志濤, 江海, 劉靜
【申請人】中國科學院國家天文臺
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月10日