基于模型解耦和数据深度加权的空间目标监视系统轨道确定

空间目标监视是国家战略资源获取的重要途径，天基测控是测控体制的主要发展趋势。针对天基测控下的非合作目标，目标的动力学模型误差、天基卫星的星历误差、观测误差是影响定位精度的主要因素，这几类误差因素的耦合是导致定轨精度难以提高的关键。本项目以提高天基测控模式下的非合作目标被动定轨精度为目的，通过联合定轨的方法抑制天基卫星星历误差的影响，采用残差频谱分析方法分解残差中耦合的动力学模型误差和观测模型误差，从残差中构建目标稀疏参数表示的高精度动力学模型，结合先验信息约束，通过逐步迭代回归的半参数估计方法确定系数；最后，基于模型曲率的参数化描述和优效估计指标的设计，根据模型有效性度量和观测数据构建数据深度加权方法进行稳健估计，从而提高定轨精度及稳健性。为我国天基测控体制的建设、空间态势感知能力的增强等提供技术支撑。

空间目标监视是国家战略资源获取的重要途径，天基测控是测控体制的主要发展趋势。针对天基测控下的非合作目标，目标的动力学模型误差、天基卫星的星历误差、观测误差是影响定位精度的主要因素，这几类误差因素的耦合是导致定轨精度难以提高的关键。本课题以提高天基测控模式下的非合作目标被动定轨的精度为目的，以轨道确定的参数估计理论和数据深度加权设计为突破口，研究稳健、高精度的轨道确定理论算法，通过理论推导和仿真验证说明设计算法的有效性，并在实际的空间目标监视中获得重要应用。课题主要工作包括：.1 通过联合定轨的方法抑制天基卫星星历误差的影响，在已知观测误差频率或动力学模型误差频率的情形下，采用残差频谱分析方法增加约束准则信息，分解OC残差中耦合的动力学模型误差和观测模型误差，获得更高质量的估计轨道；.2 从残差中构建目标稀疏参数表示的高精度动力学模型，结合先验信息约束，通过逐步迭代回归的半参数估计方法确定系数；进行数据深度加权的方差分析和部分线性模型的分析；说明基于数据深度加权的轨道确定方法的可行性和稳健性；.3 针对低轨单星观测条件下的高轨目标短弧轨道确定问题，提出了基于二体轨道能量角动量守恒的短弧定轨方法。该方法由两个相邻短弧段的测角数据建立二体轨道能量角动量守恒方程，采用变量替换法求解守恒方程获得空间目标的多个轨道，通过方差分析从中选择最合适的轨道作为初轨，采用受摄轨道模型对初轨进行轨道改进；.4 进行轨道实时监测分析和异常变化检测分析，提出了基于形态成分分析方法的轨道异常检测算法。考虑航天器的基本运动参数等特征，构造轨道异常检验统计量，发现不同检验统计量的敏感性差异较大。利用稀疏性度量函数对轨道异常时间序列进行建模，提出一种基于正则化的模型参数估计和异常值分离算法。