一种利用空间密度分布生成空间物体轨道的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及空间物体环境技术领域，具体而言就是利用已有的未知空间物体的数 密度分布模型生成未知空间物体的轨道根数，其结果可以应用于对未知空间物体尤其是小 尺寸空间物体探测的仿真分析。
【背景技术】
[0002] 目前人类能够进行轨道编目的空间物体只占到空间物体总数的很小一部分。由于 探测设备能力的限制，人类只能够跟踪观测到较大尺寸的空间物体。具体而言，对于轨道高 度小于3000千米的低轨道空间物体，只有尺寸为5~10厘米的部分空间物体以及尺寸超 过10厘米的更大尺寸空间物体能够被稳定跟踪，实现轨道编目。而对于轨道高度更高的中 高轨空间物体，极限的轨道编目尺寸为50厘米。基于现有的空间物体环境模型，尺寸超过 1厘米的空间物体数量超过了 30万个。与之形成对比的是，目前能够实现轨道编目的空间 物体数量只有约16000个。
[0003] 根据卫星表面材料的防护水平，在轨卫星只能够防护尺寸小于1厘米的空间物体 的撞击。也就是说，对于所有尺寸大于1厘米的空间物体的撞击只能够通过卫星规避的方 式避免损坏。这就需要空间物体的编目轨道信息作为碰撞预警和规避方案制定的依据。因 此现在迫切需要实现对所有尺寸超过1厘米的空间物体的轨道编目。其中重要的一部就是 要建立厘米级空间物体的探测设备网络。在进行探测设备网络建设之前必须进行充分的探 测仿真分析，为建设方案的制定提供依据。而仿真分析的主要输入参数就是小尺寸空间物 体的轨道。在仿真中对输入轨道信息的精度没有要求，但是所输入的大量1厘米以上空间 物体的轨道在统计意义上必须与实际的分布接近，这样才能够保证仿真的可信度。
[0004] 根据公开的研宄成果，目前能够给出的1厘米以上空间物体的分布都是空间密度 分布，也就是在某一空间区域内单位体积内的空间物体数量。这对探测仿真分析起不到实 质的作用。如何将已有的空间密度分布转换成空间物体的轨道分布进而生成空间物体的轨 道是本发明需要解决的问题。
【发明内容】
[0005] (一）要解决的技术问题
[0006] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种利用空间密度分布生成空间物体轨道 的方法，以基于已有的空间密度分布生成空间物体轨道。
[0007](二）技术方案
[0008] 为达到上述目的，本发明提供了一种利用空间密度分布生成空间物体轨道的方 法，该方法包括：
[0009] 步骤1、将空间物体轨道按照不同的近地点高度以及轨道面与赤道面夹角划分为 多个集合；
[0010] 步骤2、建立每一个轨道集合对一定空间范围内空间密度的贡献函数；
[0011] 步骤3、依据所建立的贡献函数生成空间密度分布与每一个轨道集合内所含有的 空间物体数量之间所满足的线性方程组；
[0012] 步骤4、通过解算生成的该线性方程组得到每一个轨道集合内所含有的空间物体 数量，并以此为依据生成空间物体的轨道。
[0013] 上述方案中，为了避免步骤3所生成的线性方程组出现病态矩阵的问题，步骤1中 所述将空间物体轨道按照不同的近地点高度以及轨道面与赤道面夹角划分为多个集合，采 用了如下的原则：
[0014] i、对近地点高度区间的划分，与空间密度分布中对三维空间高度的划分一致；
[0015] ii、将轨道面与赤道面之间的夹角定义为两个平面之间的非钝角，即轨道面与赤 道面之间的夹角范围取[0°，90° ];
[0016] iii、对轨道面与赤道面之间夹角范围的划分，与空间密度分布中对北半球三维空 间炜度的划分一致。
[0017] 上述方案中，假设用于输入的空间密度分布中将空间区域划分为Hl1个高度区间和 2m2个炜度区间（南北半球对称），共m=miX2m2个空间区域；第i个空间区域所对应的高 度范围为[dn，di2)，炜度范围为[cn，ci2);所对应的空间密度为Pi，因此按照上述轨道集合 的划分原则，将把轨道划分成Hi1Xm2个轨道集合，其中有mi个近地点高度区间和m2个轨道 面与赤道面夹角区间。
[0018] 上述方案中，步骤2中所述建立每一个轨道集合对一定空间范围内空间密度的贡 献函数，是通过引入已知空间物体轨道信息来建立每一个轨道集合内的空间物体分布，将 每一个轨道集合根据轨道近地点高度、偏心率、轨道倾角和近地点幅角进行划分，共分成n =Ii1Xn2XZn3Xrv^v，具体的划分方式如下：
[0019] i、第i个轨道集合Hi内第ki个近地点高度区间为 [hn+AhiX(kfl),hn+AhiXk1),Ic1= 1，2,."n丨，其中Ahi=(hu-D/nphn和hi2分另Ij为 轨道集合Hi所对应的轨道近地点高度的下限和上限；
[0020] ii、第i个轨道集合Hi内第kl偏心率区间为，当k2= 1时偏心率区间为[0，
【主权项】
1. 一种利用空间密度分布生成空间物体轨道的方法，其特征在于，该方法包括： 步骤1、将空间物体轨道按照不同的近地点高度W及轨道面与赤道面夹角划分为多个 集合； 步骤2、建立每一个轨道集合对一定空间范围内空间密度的贡献函数； 步骤3、依据所建立的贡献函数生成空间密度分布与每一个轨道集合内所含有的空间 物体数量之间所满足的线性方程组； 步骤4、通过解算生成的该线性方程组得到每一个轨道集合内所含有的空间物体数量， 并W此为依据生成空间物体的轨道。
2. 根据权利要求1所述的利用空间密度分布生成空间物体轨道的方法，其特征在于， 为了避免步骤3所生成的线性方程组出现病态矩阵的问题，步骤1中所述将空间物体轨道 按照不同的近地点高度W及轨道面与赤道面夹角划分为多个集合，采用了如下的原则： i、 对近地点高度区间的划分，与空间密度分布中对S维空间高度的划分一致； ii、 将轨道面与赤道面之间的夹角定义为两个平面之间的非纯角，即轨道面与赤道面 之间的夹角范围取[0°，90° ]; iii、 对轨道面与赤道面之间夹角范围的划分，与空间密度分布中对北半球=维空间绅 度的划分一致。
3. 根据权利要求2所述的利用空间密度分布生成空间物体轨道的方法，其特征在于， 假设用于输入的空间密度分布中将空间区域划分为mi个高度区间和2ni2个绅度区间（南北 半球对称），共m=miX2ni2个空间区域；第i个空间区域所对应的高度范围为[d。，d。)，绅 度范围为[Cu，Ci2);所对应的空间密度为Pi，因此按照上述轨道集合的划分原则，将把轨 道划分成miXm,个轨道集合，其中有m1个近地点高度区间和m2个轨道面与赤道面夹角区 间。
4. 根据权利要求1所述的利用空间密度分布生成空间物体轨道的方法，其特征在于， 步骤2中所述建