[发明专利]一种基于并行计算的航天器碰撞预警分层快速筛选方法

说明书

一种基于并行计算的航天器碰撞预警分层快速筛选方法，本发明涉及基于并行计算的航天器碰撞预警分层快速筛选方法。本发明的目的是为了解决现有筛选方法仅采用几何筛选和一些简单的二体摄动环境下的筛选不能够满足精度需求，而均使用高精度数值方法进行筛选会消耗大量时间，实用性较小的问题。过程为：一、利用预筛选模块从几何角度上筛除不可能接近的空间目标，得到保留的空间目标；二、保留存在接近风险的目标以及接近时刻；三、得到最小接近距离；四、得到碰撞概率，与概率阈值比较后，对大于阈值的目标给出碰撞警告。本发明用于航天器碰撞预警筛选领域。

技术领域

本发明属于航天器碰撞预警筛选领域，具体涉及基于并行计算的航天器碰撞预警分层快速筛选方法。

背景技术

随着航天事业不断发展，各国的星座计划以及太空实验接连部署，越来越多的卫星被送入太空中，这也预示着太空中的空间碎片数目会急剧上升。据不完全统计，截至目前，在轨大小超过10cm的碎片约为34000个，大小在1cm到10cm之间的碎片约为90万，在1mm到1cm之间的碎片超过1.2亿。而目前由人类送入地球轨道的卫星超过10000颗，因此极有可能出现空间目标之间的发生碰撞情况，造成严重的后果，尤其对于近地轨道目标，具有较高的相对运动速度，产生的破坏性更为强烈。为了空间目标的在轨安全，避免造成不可挽回的后果，有必要研究如何快速筛选出对在轨航天器可能造成威胁的空间目标。

针对在轨航天器的碰撞预警问题，传统的筛选方法通常是针对绝不可能接近的目标，即轨道高度相差较大或相遇窗口距离相差较远的目标进行筛选，亦或是仅针对单星之间的高精度筛选。但由于实际任务中的空间目标数目庞大，运动情况也各不相同，仅采用几何筛选和一些简单的二体摄动环境下的筛选不能够满足精度需求，而均使用高精度数值方法进行筛选会消耗大量时间，实用性较小。因此，需要一种能够平衡筛选精度与筛选时间的筛选方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有筛选方法仅采用几何筛选和一些简单的二体摄动环境下的筛选不能够满足精度需求，而均使用高精度数值方法进行筛选会消耗大量时间，实用性较小的问题，而提出一种基于并行计算的航天器碰撞预警分层快速筛选方法。

一种基于并行计算的航天器碰撞预警分层快速筛选方法具体过程为：

步骤一、以空间目标的TLE根数作为初始数据，首先解算得到所有目标的初始的轨道六根数和近远地点，然后利用预筛选模块从几何角度上筛除不可能接近的空间目标，得到保留的空间目标；

步骤二、以目标航天器的历元时刻作为初始时刻，将步骤一中得到的保留的空间目标送入GPU中，在GPU中首先利用线性J₂模型在预报周期内进行遍历预报，得到所有目标在相应时间节点的空间位置，然后利用基于误差修正的BOX方法对所有目标进行筛选，保留存在接近风险的目标以及接近时刻，送回CPU进行储存；

步骤三、将保留目标的每个接近时刻前后分别扩充Δt得到预报时段，利用SGP4模型对所有目标在预报时段内进行预报，得到最小接近距离，保留最小接近距离小于等于最小距离阈值的目标，利用HPOP模型对保留的目标进行递推，得到最小接近距离；

步骤四、利用步骤三中保留目标的历史TLE数据生成初始时刻的协方差矩阵，并在二体模型下线性外推到接近时刻，得到协方差矩阵，结合最小接近距离利用Pc方法的解析公式得到碰撞概率，与概率阈值比较后，对大于阈值的目标给出碰撞警告。

本发明的有益效果：

本发明提出了一种基于并行计算的近地轨道碰撞预警快速筛选方法。在本发明中，首先利用最小二乘法得到一种基于迹向误差修正的BOX方法，相较于传统的BOX固定空间域的阈值设置，可以更好地降低阈值门限，减少虚警数，然后在此基础上搭建包括预筛选、初筛和精筛在内的完整的筛选模型，并通过GPU对初筛模块进行并行加速。采用本发明方法进行空间目标碰撞预警的筛选问题，只需要给出目标航天器和待筛选目标的初始TLE根数以及过去10天的历史TLE根数，即可快速筛选得到有碰撞风险的目标，并具有一定的筛选精度。