基于天基测向信息的空间目标运动感知理论与方法

This application proposes a research on the theory and method of space target motion awareness based on the space-based bearing-only measurements, which is very valuable on its capability of space target motion surveillance and precise and real-time or near real-time evaluation of the corresponding motion variation using only the space-based angle measurements. Based on the efficient and safe space utilization and the sequent requirement on space situation awareness, the application gets the angle measurements of the space targets only by the space-based optic payloads and investigates the theory and method of space target motion evaluation under the deficient passive measurements. The uncooperative space objects and especially those with a continuous thrust are the research emphasis. The main research includes the rapid short-arc initial orbit determination with the sparse biased space-based bearing-only measurements, real-time or near real-time detection of space target motion variation, and the precise motion evaluation of space target with a continue thrust..According to the research, it is expected that the motion of space objects and especially those uncooperative ones can be precisely inspected and rapidly detected only by using the space-based bearing-only measurements to provide a technology support for our space situation awareness system. Furthermore, a fruitful theory result of space situation awareness can be hopefully achieved.

利用有限天基观测设备和手段监测空间目标的运动状态，实时或者近实时地精确估计其运动状态及变化，具有极其重要的应用价值，因此，本项目拟开展基于天基测向信息的空间目标运动感知理论与方法研究。以外层空间的有效和安全利用为背景，面向其中的空间态势感知需求，基于单个天基测向平台获取的空间目标观测数据，研究不完备观测条件下的空间目标运动状态估计理论和方法。重点针对非合作空间目标，尤其是连续推力作用的非合作空间目标，研究并突破利用稀疏有偏天基方向观测信息的短弧快速初轨确定、空间目标运动状态变化的实时或近实时检测、连续推力作用下的运动状态精确估计等空间目标运动感知理论与方法。.通过本项目研究，可望仅利用单个天基测向平台实现对空间目标尤其是非合作目标运动状态的精确监测和快速感知，为我国空间态势感知体系建设提供技术储备，同时有望在空间态势感知相关理论和方法上取得丰硕的理论成果。

基于天基测向信息的空间目标运动感知理论和方法，既是空间态势感知中极具应用价值的研究内容，也是其中的技术重点和难点。本项目开展了基于天基测向信息的空间目标运动感知理论与方法研究，主要面向空间态势感知中对空间目标尤其是非合作空间目标的监测需求，基于天基方向观测平台尤其是单个天基平台获取的空间目标角度观测信息，研究空间目标的高精度实时轨道确定方法，重点研究非合作空间目标的快速短弧初轨确定方法、运动状态变化的实时或近实时精准检测方法，以及仅利用天基方向观测信息的连续推力作用轨道确定相关理论与方法。.1)在稀疏有偏天基方向观测信息的短弧快速初轨确定方面，对于单星稀疏测向初定轨，提出的天基双ρ迭代法较好的解决了传统双r迭代法的迭代发散与平凡解问题，可采用不同算法且适用于一般观测下的初定轨。同时发现，对于天基测向初定轨解，多值性和平凡解问题本质上是由于缺乏距离观测信息，均可以通过改进迭代算法和迭代初值等手段进行抑制。.2)在空间目标运动状态变化的实时或近实时检测方面，研究了基于新息的空间目标机动检测方法，利用两种检测途径：检测新息是否满足正态分布，检测新息的分布特性参数是否偏离无机动新息，提出了新息与噪声对比检验法、各维度新息对比检验法、各维度新息和检验法，其中各维度新息和检验法（单点）对较大机动的检测成功率可大于90%。.3)在连续推力作用下的运动状态精确估计方面，研究表明，二体轨道条件下可以建立空间目标连续机动轨道运动的近似解析形式，但是摄动条件下，连续机动轨道体现出轨道摄动力和推力复杂的综合作用效果；提出了基于运动学参数的机动检测方法、基于动力学参数的实时定轨方法。..本项目成果可以在仅单个天基测向平台的观测条件下，对各种类型的空间目标的精确轨道确定和快速精准机动感知，迅速判明非合作空间目标的运动特性和意图，防范和规避各种意外或恶意的碰撞风险，因而对于保护我国太空资产和航天活动具有十分重要的应用价值。