一種基于多源數(shù)據(jù)融合的空間目標(biāo)軌道確定方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及空間目標(biāo)軌道確定技術(shù)領(lǐng)域，并公開(kāi)了一種基于多源數(shù)據(jù)融合的空間目標(biāo)軌道確定方法，包括如下步驟，步驟S1，空間目標(biāo)數(shù)據(jù)獲取，采用多源雷達(dá)組網(wǎng)對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，獲取原始數(shù)據(jù)；步驟S2，原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理，對(duì)步驟S1獲取的多弧段原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；步驟S3，空間目標(biāo)的軌道確定，基于步驟S2預(yù)處理后的空間目標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)確定空間目標(biāo)的動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)而確定空間目標(biāo)的軌道參數(shù)，本發(fā)明專利技術(shù)以卡爾曼濾波解耦序貫定軌算法為基礎(chǔ)，提出基于多弧段測(cè)量數(shù)據(jù)的平均根數(shù)動(dòng)弧加權(quán)與距離修正方法，可有效提高多源雷達(dá)網(wǎng)組測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用穩(wěn)定性和可靠性，多弧段數(shù)據(jù)定軌可有效提高空間目標(biāo)軌道確定的精度。目標(biāo)軌道確定的精度。目標(biāo)軌道確定的精度。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于多源數(shù)據(jù)融合的空間目標(biāo)軌道確定方法


[0001]本專利技術(shù)涉及空間目標(biāo)軌道確定
，更具體地說(shuō)，涉及一種基于多源數(shù)據(jù)融合的空間目標(biāo)軌道確定方法。

技術(shù)介紹

[0002]隨著全球信息技術(shù)的快速發(fā)展，信息資源開(kāi)始在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮極其主導(dǎo)、關(guān)鍵的作用，在這樣信息戰(zhàn)的大背景下，聯(lián)合作戰(zhàn)對(duì)獲取和利用保障作戰(zhàn)的各種信息資源提出了更高的要求，對(duì)信息的快速準(zhǔn)確獲取、處理、利用成為奪取勝利的關(guān)鍵因素之一，隨著航天科技的飛速發(fā)展以及人類對(duì)太空探索的深入，世界各國(guó)紛紛把目光轉(zhuǎn)向了太空，發(fā)展太空武器，充分利用太空資源已成為軍事戰(zhàn)略發(fā)展的必然趨勢(shì)，空間目標(biāo)精密定軌是開(kāi)展空間目標(biāo)編目的關(guān)鍵技術(shù)之一，它直接影響國(guó)家對(duì)太空的掌控能力，是爭(zhēng)奪制天權(quán)的重要技術(shù)支撐。
[0003]空間目標(biāo)軌道確定方法可分為兩大類：一是利用地面雷達(dá)、光學(xué)等裝備完成空間目標(biāo)跟蹤測(cè)量，通過(guò)測(cè)元數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出空間目標(biāo)軌道，地球曲率和裝備能力等因素對(duì)測(cè)量段落有直接的影響，因此該模式下，跟蹤弧段相對(duì)較短，因此也稱為短弧段軌道計(jì)算；另一類被稱為軌道改進(jìn)（精密定軌），基本思路是采用地面多個(gè)設(shè)備接力完成空間目標(biāo)跟蹤，融合形成較長(zhǎng)弧段的跟蹤數(shù)據(jù)，隨著跟蹤數(shù)據(jù)和時(shí)長(zhǎng)的積累，軌道處理精度有比較明顯的提升，空間目標(biāo)按照開(kāi)普勒軌道運(yùn)行，滿足空間軌道動(dòng)力學(xué)的若干特性，在不考慮其他攝動(dòng)力影響的情況下，即將模型簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的二體問(wèn)題，可利用較短的跟蹤弧段或者較少的跟蹤數(shù)據(jù)（時(shí)間相對(duì)稀疏的測(cè)量數(shù)據(jù)）完成目標(biāo)的軌道參數(shù)計(jì)算，在此種情況下，定軌精度較差，一般只能定性描述目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)于空間目標(biāo)監(jiān)視、編目以及外推預(yù)測(cè)等，較大的誤差將導(dǎo)致數(shù)據(jù)可用性低，為此，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N基于多源數(shù)據(jù)融合的空間目標(biāo)軌道確定方法對(duì)現(xiàn)有的空間目標(biāo)軌道確定方法進(jìn)行完善和改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0004]本專利技術(shù)的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于多源數(shù)據(jù)融合的空間目標(biāo)軌道確定方法。
[0005]本專利技術(shù)的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：一種基于多源數(shù)據(jù)融合的空間目標(biāo)軌道確定方法，包括如下步驟：步驟S1，空間目標(biāo)數(shù)據(jù)獲取，采用多源雷達(dá)組網(wǎng)對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，獲取原始數(shù)據(jù)；步驟S2，原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理，對(duì)步驟S1獲取的多弧段原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；步驟S3，空間目標(biāo)的軌道確定，基于步驟S2預(yù)處理后的空間目標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)確定空間目標(biāo)的動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)而確定空間目標(biāo)的軌道參數(shù)。
[0006]作為優(yōu)選的：所述步驟S1多源雷達(dá)組網(wǎng)至少包括三組測(cè)站雷達(dá)。
[0007]作為優(yōu)選的：步驟S1多源雷達(dá)組網(wǎng)測(cè)量采用50ms周期進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。
[0008]作為優(yōu)選的：所述步驟S2原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括原始測(cè)量數(shù)據(jù)的檢擇、誤差修正和平滑濾波等。
[0009]作為優(yōu)選的：所述原始測(cè)量數(shù)據(jù)的檢擇通過(guò)五點(diǎn)外推檢擇進(jìn)行預(yù)處理，具體過(guò)程如下，初值積累，積累五點(diǎn)連續(xù)數(shù)據(jù)，若此五點(diǎn)滿足任意相鄰兩點(diǎn)數(shù)據(jù)差的絕對(duì)值小于原始數(shù)據(jù)積累的初始門限，則接受，否則重新開(kāi)始數(shù)據(jù)積累；數(shù)據(jù)檢擇，對(duì)于測(cè)量數(shù)據(jù)前五點(diǎn)積累的已知數(shù)據(jù)，通過(guò)最小二乘計(jì)算第n點(diǎn)的預(yù)報(bào)值，若滿足任一點(diǎn)預(yù)報(bào)值與第n點(diǎn)數(shù)據(jù)差的絕對(duì)值小于數(shù)據(jù)檢擇的正常門限，則接受第n點(diǎn)的數(shù)據(jù)，否則認(rèn)為本次輸入信息不可信，用預(yù)報(bào)值代替，同時(shí)計(jì)數(shù)替代點(diǎn)，如果連續(xù)三點(diǎn)為替代的，則重新開(kāi)始原始數(shù)據(jù)積累，轉(zhuǎn)入上一步。
[0010]作為優(yōu)選的：所述原始數(shù)據(jù)的誤差修正為電波折射修正。
[0011]作為優(yōu)選的：所述原始數(shù)據(jù)的平滑濾波采用中心平滑濾波算法進(jìn)行中心平滑，且中心平滑濾波采用二階N點(diǎn)最小二乘法。
[0012]作為優(yōu)選的：所述步驟S3的空間目標(biāo)的動(dòng)力學(xué)模型為非線性模型，即采用廣義卡爾曼濾波算法完成基于多弧段測(cè)量數(shù)據(jù)的平均根數(shù)加權(quán)和距離修正。
[0013]本專利技術(shù)所述方案相比于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下：本專利技術(shù)以卡爾曼濾波解耦序貫定軌算法為基礎(chǔ)，提出基于多弧段測(cè)量數(shù)據(jù)的平均根數(shù)動(dòng)弧加權(quán)與距離修正方法，可有效提高多源雷達(dá)網(wǎng)組測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用穩(wěn)定性和可靠性，多弧段數(shù)據(jù)定軌可有效提高空間目標(biāo)軌道確定的精度。
[0014]圖中所示圖1為本專利技術(shù)一種基于多源數(shù)據(jù)融合的空間目標(biāo)軌道確定方法多弧段測(cè)量數(shù)據(jù)處理流程圖。
具體實(shí)施方式
[0015]本專利技術(shù)提供的一種基于多源數(shù)據(jù)融合的空間目標(biāo)軌道確定方法，包括如下步驟：步驟S1，空間目標(biāo)數(shù)據(jù)獲取，采用多源雷達(dá)組網(wǎng)對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，獲取原始數(shù)據(jù)；步驟S2，原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理，對(duì)步驟S1獲取的多弧段原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；步驟S3，空間目標(biāo)的軌道確定，基于步驟S2預(yù)處理后的空間目標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)確定空間目標(biāo)的動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)而確定空間目標(biāo)的軌道參數(shù)。
[0016]將繞地飛行的空間目標(biāo)和地球以簡(jiǎn)單的二體問(wèn)題處理，可大幅簡(jiǎn)化空間目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)描述，在指定的坐標(biāo)系下，空間目標(biāo)狀態(tài)可以描述為（t，x，y，z，u，v，w），由于空間目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)有特有的開(kāi)普勒軌道特性，對(duì)于繞地空間目標(biāo)，其軌道為橢圓形，且地球在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，常規(guī)的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)描述缺乏直觀性，天文學(xué)中，通常采用六個(gè)軌道根數(shù)描述空間目標(biāo)的軌道特征，即半長(zhǎng)軸、偏心率、軌道傾角、升交點(diǎn)赤經(jīng)、近地點(diǎn)幅角以及過(guò)近地點(diǎn)時(shí)刻，此外，空間目標(biāo)軌道描述中經(jīng)常用到周期T，即目標(biāo)按軌道運(yùn)行一圈的時(shí)間，空間目標(biāo)的軌道周期可由半長(zhǎng)軸唯一確定。
[0017]空間目標(biāo)軌道按分類方式而各不相同，常見(jiàn)的有按偏心率、軌道高度等，本專利技術(shù)研究的中低軌空間目標(biāo)即按軌道高度劃分，指軌道高度在20000km以下的繞地空間目標(biāo)。
[0018]測(cè)量設(shè)備獲取的原始數(shù)據(jù)存在大量的野值、系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差等，這些誤差對(duì)目標(biāo)定位精度有直接影響，在數(shù)據(jù)處理中，首先完成的就是數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括檢擇、修正、誤差配準(zhǔn)、平滑濾波等，在單設(shè)備數(shù)據(jù)檢擇和誤差修正的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完成多設(shè)備多弧段數(shù)據(jù)融合等處理，可為精確定軌提供有力支持。
[0019]為確保數(shù)據(jù)的有效性，同時(shí)在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)使用和誤差剔除間尋求平衡，可選用五點(diǎn)外推檢擇策略進(jìn)行預(yù)處理，其具體過(guò)程如下：初值積累，積累五點(diǎn)連續(xù)數(shù)據(jù)，若此五點(diǎn)滿足任意相鄰兩點(diǎn)數(shù)據(jù)差的絕對(duì)值小于原始數(shù)據(jù)積累的初始門限，則接受，否則重新開(kāi)始數(shù)據(jù)積累；數(shù)據(jù)檢擇，對(duì)于測(cè)量數(shù)據(jù)前五點(diǎn)積累的已知數(shù)據(jù)，通過(guò)最小二乘計(jì)算第n點(diǎn)的預(yù)報(bào)值，若滿足任一點(diǎn)預(yù)報(bào)值與第n點(diǎn)數(shù)據(jù)差的絕對(duì)值小于數(shù)據(jù)檢擇的正常門限，則接受第n點(diǎn)的數(shù)據(jù)，否則認(rèn)為本次輸入信息不可信，用預(yù)報(bào)值代替，同時(shí)計(jì)數(shù)替代點(diǎn)，如果連續(xù)三點(diǎn)為替代的，則重新開(kāi)始原始數(shù)據(jù)積累，轉(zhuǎn)入上一步。
[0020]由于地球引力，從地面到太空，大氣密度越來(lái)越低，而且隨高度不同，大氣組成成分各不相同，地基雷達(dá)對(duì)軌道目標(biāo)測(cè)量時(shí)，設(shè)備發(fā)射的電磁波穿過(guò)大氣層，到達(dá)目標(biāo)表面，經(jīng)反射后，再次穿過(guò)大氣層，最終被接收天線接收，電磁波在空間的傳播除衰減外，還存在折射問(wèn)題，為提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，本專利技術(shù)需要進(jìn)行電波折射修正。
[0021]測(cè)量數(shù)據(jù)的平滑濾波是定軌的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)地基雷達(dá)獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的平滑和濾波，可抑制隨機(jī)誤差對(duì)定軌的影響，提高定軌精度。為獲取更佳的平滑效果，需要更多的測(cè)量數(shù)據(jù)，即雷達(dá)對(duì)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多源數(shù)據(jù)融合的空間目標(biāo)軌道確定方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟S1，空間目標(biāo)數(shù)據(jù)獲取，采用多源雷達(dá)組網(wǎng)對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，獲取原始數(shù)據(jù)；步驟S2，原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理，對(duì)步驟S1獲取的多弧段原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；步驟S3，空間目標(biāo)的軌道確定，基于步驟S2預(yù)處理后的空間目標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)確定空間目標(biāo)的動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)而確定空間目標(biāo)的軌道參數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源數(shù)據(jù)融合的空間目標(biāo)軌道確定方法，其特征在于，所述步驟S1多源雷達(dá)組網(wǎng)至少包括三組測(cè)站雷達(dá)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源數(shù)據(jù)融合的空間目標(biāo)軌道確定方法，其特征在于，步驟S1多源雷達(dá)組網(wǎng)測(cè)量采用50ms周期進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多源數(shù)據(jù)融合的空間目標(biāo)軌道確定方法，其特征在于，所述步驟S2原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括原始測(cè)量數(shù)據(jù)的檢擇、誤差修正和平滑濾波等。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多源數(shù)據(jù)融合的空間目標(biāo)軌道確定方法，其特征在于，所述原始測(cè)量數(shù)據(jù)的檢擇通過(guò)五點(diǎn)外推檢擇進(jìn)行預(yù)處理，具體過(guò)程如...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：任立春，路拴濤，趙偉權(quán)，王瑞，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京開(kāi)運(yùn)平行空間技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：