[发明专利]一种用于空间目标跟踪的双视线观测设计方法

说明书

本发明公开一种用于空间目标跟踪的双视线观测设计方法，包括设计探测平台轨道构型、设计光学相机安装角、建立优化问题模型、优化设计变量的取值以及获得目标覆盖能力和目标定位精度。本发明方法通过设计探测平台轨道构型和相机安装角，使两个相机的视场在惯性空间产生重叠，从而在扫描模式下实现双视线观测，该方法可以避免频繁的相机指向调整并且提高了系统探测效率；在同时考虑满足观测约束条件满足度和双视线定位等效测距误差的条件下，对探测平台设计变量进行优化，在保证探测系统对目标定位精度的前提下，可以提供更优的覆盖性能。

技术领域

本发明涉及空间在轨定位技术领域，特别地，涉及一种用于空间目标跟踪的双视线观测设计方法。

背景技术

空间目标一般是指围绕地球进行轨道飞行的人造物体，主要包括正常在轨运行的航天器和空间碎片等，其中空间碎片占比超过76％。随着空间目标数量的不断增多，在轨航天器的安全运行受到很大威胁。因而，空间目标的跟踪与编目已经成为空间资源利用的基础，并对空间安全具有重要意义。

现有的天基目标跟踪系统通常使用单个卫星所携带的光学相机对空间目标进行视线角测量。对于低轨目标而言，观测平台与空间物体之间的相对角速度较高、观测弧段较短，导致目标定轨精度低，甚至无法有效完成初始轨道确定。而当利用两个探测平台对空间目标进行双视线观测时，可有效缩短目标定轨所需观测弧长并提高目标定位精度。

双视线观测要求两个光学相机同时探测同一空间目标。空间光学探测的工作模式一般可分为跟踪模式和扫描模式，跟踪模式是指通过调整传感器指向实现对目标的探测与跟踪，扫描模式是指传感器指向在惯性空间定向，当目标经过相机视场时进行观测。现有公开资料中，对空间目标的双视线观测一般是通过调整传感器指向实现的。

现有技术中：中国专利CN201910372583.3公开了一种基于测角和测距信息的空间目标高精度在轨定位方法，该方法利用可见光相机获取空间碎片相对卫星的角度信息，同时通过微波测距雷达获得空间碎片的距离信息，之后通过数据融合可以实现对空间碎片的高精度定位。中国专利CN201910049548.8公开了一种异源光学平台对空间目标融合定位方法，该方法中假设空间目标可被多个非同轴光学平台的传感器同时发现，采用该方法中所提的空间融合定位算法，融合多个传感器所得到的该目标二维位置信息，可算出该目标的三维位置信息，完成目标定位。现有技术中未提及目标定位精度。

因此，开发一种探测效率高且能够实现较高目标定位精度的双视线观测方法意义重大。

发明专利内容

本发明提出了一种用于空间目标跟踪的双视线观测设计方法，针对空间目标跟踪问题，通过设计观测平台轨道构型和光学相机安装角，使两光学相机的视场在惯性空间产生重叠，从而在扫描模式下实现对空间目标的双视线观测，以完成对目标的高精度定位，具体技术方案如下：

一种用于空间目标跟踪的双视线观测设计方法，包括以下步骤：

设计探测平台轨道构型，选取太阳同步晨昏轨道作为平台部署轨道；

设计光学相机安装角，先给出光学相机安装角的定义，再明确两平台光学相机安装角之间的关系；

建立优化问题模型，包括定义设计变量、目标函数以及约束条件；

优化设计变量的取值；

获得目标覆盖能力以及目标定位精度以评估所得方案的性能。

以上技术方案中优选的，设计探测平台轨道构型具体为设计两个探测平台的轨道构型，两个探测平台部署在具有相同轨道高度的两个太阳同步轨道上，且一个探测平台上对应设置一台光学相机；探测系统的轨道构型取决于轨道高度H、升交点赤经差值ΔΩ以及纬度幅角差值Δu三个变量。