基于轨道面的地基探测设备过境计算目标及时段筛选方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于空间碎片监测预警领域，具体涉及一种基于轨道面的地基探测设备过 境计算目标及时段筛选方法，适用于地球轨道卫星或火箭残骸通过地基探测设备视场的快 速筛选。
【背景技术】
[0002] 过境计算即是利用在轨目标（包括卫星和碎片）的轨道根数和设备探测参数（设 备位置、探测视场角），计算目标在给定的时间范围（即预报期）内通过探测设备视场的信 息（即过境信息，包括进出视场的时间、进出视场的方位角、进出视场的俯仰角、进出视场 的斜距）。过境计算需要同时考虑目标的轨道预报及探测设备随地球的运动，计算需要将预 报期按照定步长/变步长进行划分获得一系列时间点，对目标位置和设备视场范围进行预 报，通过判断各时刻目标的位置是否在探测设备视场范围内，再通过迭代计算得到目标的 过境信息。
[0003] 轨道预报计算是利用目标当前的轨道数据对目标其他时刻运动的状态进行计算。 即通过目标在某一时刻的轨道根数计算其在其他时刻的轨道根数，这其中涉及到轨道力学 的相关知识。
[0004] 目前编目的在轨目标数量已经超过的16000个，为了完成对这些目标的编目和轨 道更新，需要依靠雷达、望远镜等设备对它们进行日常观测，并根据观测数据进行定轨。过 境预报是对空间碎片跟踪观测计划必不可少的工作，由于在轨物体数量基数大，因此过境 预报需要大量的计算时间。
【发明内容】
[0005] (一）要解决的技术问题
[0006] 本发明旨在利用在轨目标的轨道根数和地基探测设备的参数快速判断目标能否 具有过境的可能性，剔除不具有过境可能的目标。如果目标具有过境的可能性，本发明旨在 给出目标不可能过境的时间段，剔除该时段，以有效节省减少其后过境计算的计算耗时。
[0007] (二）技术方案
[0008] 本发明提出的一种基于轨道面的地基探测设备过境计算目标及时段筛选方法，包 括如下步骤：S1、利用在轨目标的轨道根数和探测设备的探测参数计算目标轨道面与探测 设备恰好相交的临界条件，计算临界条件下目标轨道面与设备中心轴线的夹角，该夹角定 义为几何临界角；S2、利用探测设备的参数、在轨目标的轨道参数及所述几何临界角，建立 目标轨道面法向与探测设备视场中心轴线的夹角函数关系式，根据该函数关系式结合所述 几何临界角，建立目标轨道面与探测设备视场相交的不等式，该不等式定义为相交区域不 等式：S3、按照在轨目标所满足的相交区域不等式解的情况对目标过境的情况进行判别； S4、对在预报期内的有些时段具有过境的可能的在轨目标，根据设备参数和目标轨道根数 判断相交区域不等式解的条件，计算其可能的过境时段。
[0009] 根据本发明的一种【具体实施方式】，在步骤S1中，确定目标轨道面与探测设备恰好 相交的临界条件是以地球为中心且在目标轨道面上以轨道远地点地心距为半径构成了圆， 探测设备探测范围构成了半无限圆锥，使这两个图形区域恰好相切于一点。
[0010] 根据本发明的一种【具体实施方式】，步骤S1中以如下公式计算几何临界角ytl:
[0011]
【主权项】
1. 一种基于轨道面的地基探测设备过境计算目标及时段筛选方法，包括如下步骤： 51、 利用在轨目标的轨道根数和探测设备的探测参数计算目标轨道面与探测设备恰好 相交的临界条件，计算临界条件下目标轨道面与设备中心轴线的夹角，该夹角定义为几何 临界角； 52、 利用探测设备的参数、在轨目标的轨道参数及所述几何临界角，建立目标轨道面法 向与探测设备视场中心轴线的夹角函数关系式，根据该函数关系式结合所述几何临界角， 建立目标轨道面与探测设备视场相交的不等式，该不等式定义为相交区域不等式： 53、 按照在轨目标所满足的相交区域不等式解的情况对目标过境的情况进行判别； 54、 对在预报期内的有些时段具有过境的可能的在轨目标，根据设备参数和目标轨道 根数判断相交区域不等式解的条件，计算其可能的过境时段。
2. 根据权利要求1所述的基于轨道面的地基探测设备过境计算目标及时段筛选方法， 其特征在于： 在步骤Sl中，确定目标轨道面与探测设备恰好相交的临界条件是以地球为中心且在 目标轨道面上以轨道远地点地心距为半径构成了圆，探测设备探测范围构成了半无限圆 锥，使这两个图形区域恰好相切于一点。
3. 根据权利要求2所述的基于轨道面的地基探测设备过境计算目标及时段筛选方法， 其特征在于： 步骤Sl中以如下公式计算几何临界角γ &
其中fov是探测设备的视场角，R是探测设备距离地球地心的距离，rpS在轨目标远地 点的地心距。
4. 根据权利要求1所述的基于轨道面的地基探测设备过境计算目标及时段筛选方法， 其特征在于： 在步骤S2中，目标轨道面法向与设备探测视场中心轴线方向的夹角α为：
其中Se为地球在惯性系中的自转角，λ为探测设备的大地经度，V.为探测设备的大 地炜度，i为在轨目标的轨道倾角，Ω为在轨目标的轨道升交点赤经。
5. 根据权利要求4所述的基于轨道面的地基探测设备过境计算目标及时段筛选方法， 其特征在于，所述相交区域不等式为： cos a I < sin γ 0， 其中α为目标轨道面法向与设备探测视场中心轴线方向的夹角，γ(ι为几何临界角。
6. 根据权利要求5所述的基于轨道面的地基探测设备过境计算目标及时段筛选方法， 其特征在于，在步骤S3中，将相交区域不等式简化表述为：I AsinX+B I < sin Ytl，其中A是 cossiIi/+ ，X 是
，B 是 sin (6/cos/+;并根据 A、B、γ。可以对 在轨目标的过境情况进行判定。
7. 根据权利要求6所述的基于轨道面的地基探测设备过境计算目标及时段筛选方法， 其特征在于，在步骤S3中，将在轨目标分为3类：在预报期内目标不可能过境，定义为"绝对 不过境目标";在预报期内任意时刻目标均具有过境的可能性，定义为"相对过境目标";在 预报期内目标使相交区域不等式在特定条件下有解，定义为"条件过境目标"。
8. 根据权利要求7所述的基于轨道面的地基探测设备过境计算目标及时段筛选方法， 其特征在于，所述步骤S4包括： 需根据目标根数及设备参数计算其所满足的情况对X进行求解，并根据
计算t的范围，该t的范围结合过境预报预报期的时间段 可得到"条件过境目标"可能的过境时段。
【专利摘要】本发明公开了一种利用在轨目标的轨道根数和地基探测设备的参数快速判断目标能否通过设备视场，并给出目标可能通过视场时段的方法。包括：S1、几何临界角计算；S2、建立目标轨道面与设备探测区域相交条件的不等式；S3、快速对备探测区域相交条件的不等式无解、恒解、一般性解的情况进行判断，筛选出可以剔除的目标、无法剔除的目标、可能过境的目标；S4、利用步骤S3建立的不等式获得的可能过境的目标进行过境时段的筛选，得到该物体可能过境的时段。本发明能快速在轨目标不可能过境的时间段，有效节省减少其后过境计算的计算耗时。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104750999
【申请号】CN201510167273
【发明人】吴相彬, 杨志涛, 江海, 刘静
【申请人】中国科学院国家天文台
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月10日