一种空间物体轨道异常分析方法和分析装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种空间物体轨道异常分析方法和分析装置，所述方法包括如下步骤：S1、获取需要分析的空间物体的历史轨道数据；S2、根据历史轨道数据计算用于判别轨道异常的异常判据；S3、计算所述空间物体的当前轨道的判别参数，并将其与异常判据进行比较，根据比较结果判断该空间物体是否发生轨道异常。所述异常判据优选为空间物体的轨道半长轴的变化量。本发明能够快速有效地分析空间物体的轨道异常，并能减少人工工作量。
【专利说明】一种空间物体轨道异常分析方法和分析装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于航天【技术领域】，具体涉及空间物体轨道异常分析方法和装置。
【背景技术】
[0002] 引起在轨卫星轨道异常的原因主要有两种：一种是人为控制的轨道机动，另一种 是非人为控制的轨道变化，比如卫星被空间物体（例如碎片）撞击或燃料泄漏等引起的轨 道变化。及时准确地发现卫星的轨道异常意义重大，尤其是对于非人为控制的轨道异常，发 现异常后可以立即对可能引起异常的因素进行分析，有利于掌握空间物体的状态，和分析 验证危险交会事件。无论是人为控制还是非人为控制的轨道变化，轨道半长轴的变化都是 最为显著的。因此判断一个物体轨道是否发生异常最直接的方法就是分析轨道半长轴的变 化。因此可通过半长轴变化大小来对空间物体的轨道是否发生异常变化进行判别。
[0003] 有效的空间物体轨道异常分析方法能够找出发生轨道异常的空间物体，如碎片或 航天器，能够为空间碎片碰撞预警系统分析和验证碰撞事件提供数据支持。
【发明内容】
[0004] (一）要解决的技术问题
[0005] 本发明所要解决的技术问题是现有的空间物体轨道异常分析方法不能准确判断 异常，或需要大量人工处理过程的缺点。
[0006] (二）技术方案
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提出一种空间物体轨道异常分析方法，包括如下步 骤：S1、获取需要分析的空间物体的历史轨道数据；S2、根据历史轨道数据计算用于判别轨 道异常的异常判据；S3、计算所述空间物体的当前轨道的判别参数，并将其与异常判据进行 比较，根据比较结果判断该空间物体是否发生轨道异常。
[0008] 根据本发明的一种【具体实施方式】，所述异常判据是所述空间物体的轨道半长轴的 变化量。
[0009] 根据本发明的一种【具体实施方式】，所述步骤S2包括：S21、剔除所述历史轨道数据 中异常点和野值点，以获得异常判据样本数据；S22、根据异常判据样本数据计算异常判据。 [0010] 根据本发明的一种【具体实施方式】，在所述步骤S21中，根据所述历史轨道数据计 算历史轨道的半长轴，并按时间先后顺序两两做差，计算出一系列的半长轴变化绝对值 Aa|，对得到的所有I Aa|值进行统计分析，剔除I Aa|较大的数据，将剩余的I Aa|值作 为异常判据样本数据。
[0011] 根据本发明的一种【具体实施方式】，在所述步骤S21中，剔除所述I Aa|值中较大的 20%数据，以剩余80%的I Aa|值作为异常判据样本数据。
[0012] 根据本发明的一种【具体实施方式】，在所述步骤S22中，对所述异常判据样本数据 进行计算，获取其均值和标准差，利用该均值和标准差计算异常判据。
[0013] 根据本发明的一种【具体实施方式】，在所述步骤S22中，对所述异常判据样本 数据的I Aal进行统计分析，计算其均值M和标准差。I Aal，然后计算异常判据 δ = 3(|Δα| + 3σ|Δ<2|) 〇
[0014] 根据本发明的一种【具体实施方式】，所述步骤S3包括：S31、计算所述空间物体的当 前轨道的与异常判据样本数据相对应的轨道参数；S32、将步骤S31获得的轨道参数与异常 判据进行比较，根据比较结果判断该空间物体是否发生轨道异常。
[0015] 根据本发明的一种【具体实施方式】，所述步骤S31为：计算所述空间物体当前轨道 的半长轴a的值并与前一轨道半长轴a的值，并做差并取绝对值，得到当前轨道的I Aa| 值，作所所述轨道参数。
[0016] 根据本发明的一种【具体实施方式】，所述步骤S32为：将当前轨道的I Aal与异常判 据S进行比较，如I Aal > δ则判定此空间物体在本条数据的历元时刻发生轨道异常，如 Aa| < δ则此空间物体在本条数据的历元时刻未发生轨道异常。
[0017] 本发明还提出一种空间物体轨道异常分析装置，包括如下模块：获取模块，用于获 取需要分析的空间物体的历史轨道数据；异常判据计算模块，用于根据历史轨道数据计算 用于判别轨道异常的异常判据；判断模块，用于计算所述空间物体的当前轨道的判别参数， 并将其与异常判据进行比较，根据比较结果判断该空间物体是否发生轨道异常。
[0018] 根据本发明的一种【具体实施方式】，所述异常判据是所述空间物体的轨道半长轴的 变化量。
[0019] 根据本发明的一种【具体实施方式】，所述异常判据计算模块包括：剔除模块，用于剔 除所述历史轨道数据中异常点和野值点，以获得异常判据样本数据的模块；计算模块，用于 根据异常判据样本数据计算异常判据。
[0020] 根据本发明的一种【具体实施方式】，所述剔除模块根据所述历史轨道数据计算历史 轨道的半长轴，并按时间先后顺序两两做差，计算出一系列的半长轴变化绝对值I Aal，对 得到的所有I Aa|值进行统计分析，剔除I Aa|较大的数据，将剩余的I Aa|值作为异常判 据样本数据。
[0021] 根据本发明的一种【具体实施方式】，所述剔除模块剔除所述I Aal值中较大的20% 数据，以剩余80%的I Aa|值作为异常判据样本数据。
[0022] 根据本发明的一种【具体实施方式】，所述计算模块对所述异常判据样本数据进行计 算，获取其均值和标准差，利用该均值和标准差计算异常判据。
[0023] 根据本发明的一种【具体实施方式】，所述计算模块对所述异常判据样本数 据的|Δ&|进行统计分析，计算其均值M和标准差σ I Aa|，然后计算异常判据 5 = 3(|Δα| + 3σ|Δ<φ。
[0024] 根据本发明的一种【具体实施方式】，所述判断模块包括：轨道参数计算模块，用于计 算所述空间物体的当前轨道的与异常判据样本数据相对应的轨道参数；异常判断模块，用 于将轨道参数计算模埠获得的轨道参数与异常判据进行比较，根据比较结果判断该空间物 体是否发生轨道异常。
[0025] 根据本发明的一种【具体实施方式】，所述轨道参数计算模块计算所述空间物体当 前轨道的半长轴a的值并与前一轨道半长轴a的值，并做差并取绝对值，得到当前轨道的 Δ&|值，作所所述轨道参数。
[0026] 根据本发明的一种【具体实施方式】，所述异常判断模块，将当前轨道的I Aa|与异 常判据S进行比较，如I Aa| > δ则判定此空间物体在本条数据的历元时刻发生轨道异 常，如I Aa| < δ则此空间物体在本条数据的历元时刻未发生轨道异常。
[0027] (三）有益效果
[0028] 本发明提出的空间物体轨道异常分析方法能够快速有效地分析空间物体的轨道 异常，并能减少人工工作量。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1是本发明的空间物体轨道异常分析的流程图。
【具体实施方式】
[0030] 图1是本发明的空间物体轨道异常分析的流程图。如图1所示，本发明提出的空 间物体轨道异常分析方法包括如下步骤：
[0031] S1、获取需要分析的空间物体的历史轨道数据。
[0032] 首先，确定需要分析的空间物体，而后获取此物体在分析时间之前一个时间段内 的轨道数据作为样本，该时间段例如是3个月。然后，将历史轨道数据按时间先后进行排 列。
[0033] S2、根据历史轨道数据计算用于判别轨道异常的异常判据。
[0034] 该步骤可以采用不同的计算方式，本发明中优选为将轨道的半长轴的变化量作为 异常判据，包括如下步骤：
[0035] S21、剔除所述历史轨道数据中异常点和野值点，以获得异常判据样本数据。
[0036] 如前所述的原因，优选为根据轨道半长轴的变化剔除历史轨道数据中异常点和野 值点。
[0037] 具体来说，根据历史轨道数据计算历史轨道的半长轴，并按时间先后顺序两两做 差，计算出一系列的半长轴变化绝对值I Δ&|，对得到的所有I Aa|值进行统计分析，剔除 Aa|较大的数据，将剩余的I Aa|值作为异常判据样本数据。
[0038] 例如剔除I Aa|值中较大的20%数据，以剩余80%的I Aa|值作为异常判据样本 数据。
[0039] S22、根据异常判据样本数据计算异常判据。
[0040] 对异常判据样本数据进行计算，获取其均值和标准差，利用该均值和标准差计算 异常判据。
[0041] 例如对异常判据样本数据的I Aal进行统计分析，计算其均值和标准差 〇 |Aa|。然后计算异常判据5 = 3(^] + 3σ|Δα|)。
[0042] S3、计算所述空间物体的当前轨道的判别参数，并将其与异常判据进行比较，根据 比较结果判断该空间物体是否发生轨道异常。
[0043] 所述的判别参数是与异常判据样本数据相对应的轨道参数。优选地，本发明的步 骤S3具体包括：
[0044] S31、计算所述空间物体的当前轨道的与异常判据样本数据相对应的轨道参数。
[0045] 该轨道参数相应地优选为轨道半长轴的变化。具体地，通过计算所述空间物体当 前轨道的半长轴a的值并与前一轨道半长轴a的值，并做差并取绝对值，得到当前轨道的 I Aal 值。
[0046] S32、将步骤S31获得的轨道参数与异常判据进行比较，根据比较结果判断该空间 物体是否发生轨道异常。
[0047] 具体地，将当前的I Aa|与异常判据δ进行比较，如I Aa| > δ则判定此空间物 体在本条数据的历元时刻发生轨道异常，如I Δ&| < δ则此空间物体在本条数据的历元时 刻未发生轨道异常。
[0048] 本发明还提出一种空间物体轨道异常分析装置，包括如下模块：获取模块，用于获 取需要分析的空间物体的历史轨道数据；异常判据计算模块，用于根据历史轨道数据计算 用于判别轨道异常的异常判据；判断模块，用于计算所述空间物体的当前轨道的判别参数， 并将其与异常判据进行比较，根据比较结果判断该空间物体是否发生轨道异常。
[0049] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发 明作进一步的详细说明。该实施例以某卫星为例，具体描述各步骤如下：
[0050] Sl、获取卫星的历史轨道数据。
[0051] 首先确定需要分析的卫星，而后选取此卫星在分析时间之前3个月内的轨道数据 作为样本，并按时间先后排列。这里需要分析的是卫星25544在2014年7月1日的第一条 TLE数据其历元时刻是2014年7月1日05 :20 :43。则可选取25544在2014年4月1日至 6月30日三个月内的轨道数据作为样本，经提取统计，共有461条数据。
[0052] S2、根据历史轨道数据计算用于判别轨道异常的异常判据。
[0053] S21、剔除所述历史轨道数据中异常点和野值点，以获得异常判据样本数据
[0054] 对样本数据的轨道半长轴进行计算，并按样本顺序两两做差计算出一系列的半长 轴变化绝对值I Aa|。本实施例共有460个I Aa|数据。对这些I Aa|值进行排序并去除 最大的20%，对于本实施例去掉92个最大的I Aa|。则剩余的368条I Aa|数据就是异常 判据样本数据。
[0055] S22、根据异常判据样本数据计算异常判据。
[0056] 对异常判据样本数据的I Aa|进行统计分析，计算其均值和标准差。I Aa|。 计算异常判据5 = 3(|^] + 3σ|Δ?φ。本实施例得到^]=0.010932km，〇|Aa| = 0.008513km，则 δ = 〇.l〇9413km。
[0057] S3、计算卫星的当前轨道的判别参数，并将其与异常判据进行比较，根据比较结果 判断该空间物体是否发生轨道异常。
[0058] S31、计算卫星的当前轨道的与异常判据样本数据相对应的轨道参数。
[0059] 选取需要进行分析的轨道数据，计算其半长轴a的值并与前一条轨道数据的a值 做差并取绝对值，得到本条数据的I Aal值。本实施例得到2014年7月1日的第一条TLE 数据的 I Aa| 为 0.013956km。
[0060] 步骤S31获得的轨道参数与异常判据进行比较，根据比较结果判断卫星是否发生 轨道异常。
[0061] 将本条数据的I Aa|与异常判据δ进行比较，如I Aa| > δ则判定此空间物体 在本条数据的历元时刻发生轨道异常，如I Δ&| < δ则此空间物体在本条数据的历元时刻 未发生轨道异常。对于本实施例I Δ a I < δ，因此判别卫星25544在2014年7月1日的第 一条TLE数据，历元时刻是2014年7月1日05 :20 :43时未发生轨道异常。
[0062] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在 本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。
【权利要求】
1. 一种空间物体轨道异常分析方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 获取需要分析的空间物体的历史轨道数据； 52、 根据历史轨道数据计算用于判别轨道异常的异常判据； 53、 计算所述空间物体的当前轨道的判别参数，并将其与异常判据进行比较，根据比较 结果判断该空间物体是否发生轨道异常。
2. 如权利要求1所述的空间物体轨道异常分析方法，其特征在于，所述异常判据是所 述空间物体的轨道半长轴的变化量。
3. 如权利要求2所述的空间物体轨道异常分析方法，其特征在于，所述步骤S2包括： 521、 剔除所述历史轨道数据中异常点和野值点，以获得异常判据样本数据； 522、 根据异常判据样本数据计算异常判据。
4. 如权利要求3所述的空间物体轨道异常分析方法，其特征在于，在所述步骤S21中， 根据所述历史轨道数据计算历史轨道的半长轴，并按时间先后顺序两两做差，计算出一系 列的半长轴变化绝对值IΔ&|，对得到的所有IAa|值进行统计分析，剔除IAa|较大的数 据，将剩余的IΔ&|值作为异常判据样本数据。
5. 如权利要求4所述的空间物体轨道异常分析方法，其特征在于，在所述步骤S21中， 剔除所述IΔ&|值中较大的20%数据，以剩余80%的IAa|值作为异常判据样本数据。
6. 如权利要求4所述的空间物体轨道异常分析方法，其特征在于，在所述步骤S22中， 对所述异常判据样本数据进行计算，获取其均值和标准差，利用该均值和标准差计算异常 判据。
7. 如权利要求6所述的空间物体轨道异常分析方法，其特征在于，在所述步骤S22中， 对所述异常判据样本数据的IΔ&|进行统计分析，计算其均值M和标准差。IAa|，然后 计算异常判据5 = + 3σ|Δβ|)。
8. 如权利要求2所述的空间物体轨道异常分析方法，其特征在于，所述步骤S3包括： 531、 计算所述空间物体的当前轨道的与异常判据样本数据相对应的轨道参数； 532、 将步骤S31获得的轨道参数与异常判据进行比较，根据比较结果判断该空间物体 是否发生轨道异常。
9. 如权利要求8所述的空间物体轨道异常分析方法，其特征在于，所述步骤S31为：计 算所述空间物体当前轨道的半长轴a的值并与前一轨道半长轴a的值，并做差并取绝对值， 得到当前轨道的IΔ&|值，作所述轨道参数。
10. 如权利要求9所述的空间物体轨道异常分析方法，其特征在于，所述步骤S32为： 将当前轨道的IAa|与异常判据δ进行比较，如IAa| >δ则判定此空间物体在本条数 据的历元时刻发生轨道异常，如IAa| <δ则此空间物体在本条数据的历元时刻未发生轨 道异常。
11. 一种空间物体轨道异常分析装置，其特征在于，包括如下模块： 获取模块，用于获取需要分析的空间物体的历史轨道数据； 异常判据计算模块，用于根据历史轨道数据计算用于判别轨道异常的异常判据； 判断模块，用于计算所述空间物体的当前轨道的判别参数，并将其与异常判据进行比 较，根据比较结果判断该空间物体是否发生轨道异常。
12. 如权利要求11所述的空间物体轨道异常分析装置，其特征在于，所述异常判据是 所述空间物体的轨道半长轴的变化量。
13.如权利要求12所述的空间物体轨道异常分析装置，其特征在于，所述异常判据计 算模块包括： 剔除模块，用于剔除所述历史轨道数据中异常点和野值点，以获得异常判据样本数据 的模块； 计算模块，用于根据异常判据样本数据计算异常判据。
14.如权利要求13所述的空间物体轨道异常分析装置，其特征在于，所述剔除模块根 据所述历史轨道数据计算历史轨道的半长轴，并按时间先后顺序两两做差，计算出一系列 的半长轴变化绝对值IΔ&|，对得到的所有IAa|值进行统计分析，剔除IAa|较大的数据， 将剩余的IΔ&|值作为异常判据样本数据。
15.如权利要求14所述的空间物体轨道异常分析装置，其特征在于，所述剔除模块剔 除所述IΔ&|值中较大的20%数据，以剩余80%的IAa|值作为异常判据样本数据。
16.如权利要求14所述的空间物体轨道异常分析装置，其特征在于，所述计算模块对 所述异常判据样本数据进行计算，获取其均值和标准差，利用该均值和标准差计算异常判 据。
17.如权利要求16所述的空间物体轨道异常分析装置，其特征在于，所述计算模块对 所述异常判据样本数据的IΔ&|进行统计分析，计算其均值M和标准差。IAa|，然后计 算异常判据5 = 3(|Δσ| + 3σ|Δο|)。
18.如权利要求12所述的空间物体轨道异常分析装置，其特征在于，所述判断模块包 括： 轨道参数计算模块，用于计算所述空间物体的当前轨道的与异常判据样本数据相对应 的轨道参数； 异常判断模块，用于将轨道参数计算模块获得的轨道参数与异常判据进行比较，根据 比较结果判断该空间物体是否发生轨道异常。
19.如权利要求18所述的空间物体轨道异常分析装置，其特征在于，所述轨道参数计 算模块计算所述空间物体当前轨道的半长轴a的值并与前一轨道半长轴a的值，并做差并 取绝对值，得到当前轨道的IΔ&|值，作所所述轨道参数。
20. 如权利要求19所述的空间物体轨道异常分析装置，其特征在于，所述异常判断模 块，将当前轨道的IΔ&|与异常判据δ进行比较，如IAa| >δ则判定此空间物体在本条 数据的历元时刻发生轨道异常，如IAa| <δ则此空间物体在本条数据的历元时刻未发生 轨道异常。
【文档编号】G06F19/00GK104462845SQ201410809151
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】杨旭, 于友成, 吴相彬, 刘静 申请人:中国科学院国家天文台