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1、8中国空间科学技术2014年12月ChineseSpaceScienceandTechnology第6期径向速率估值的双屏电子篱笆数据关联方法邢东旭柳仲贵(北京跟踪与通信技术研究所,北京100094)摘要针对双屏电子篱笆系统在初轨确定前需要完成同一目标观测数据的数据关联问题,文章提出了一种计算形式简单且不依赖于循环迭代定轨计算径向速率的估值方法,并设计了相应的数据关联准则。仿真分析表明,这种数据关联准则与依赖定轨计算径向速率的关联方法相比,判别正确率相近,但计算时间不到后者的10%,算法的效率更高。关键词径向速率估值;数据关联;双屏电子篱笆;空间目标监视DOI:10·3780
2、/·jissn·1000-758X·2014·06·0021引言随着人类的空间活动日益频繁,空间目标也在不断地增多。2011年美国空间监视网(Space[1]SurveillanceNetwork,SSN)编目管理的目标数量约2万颗。针对低地球轨道(LowEarthOrbit,LEO)厘米级空间目标,美国正在研究的空间篱笆(SpaceFence)将成为未来SSN监视的主[1][2]要设备。同时,我国研究人员提出了一种“双屏电子篱笆暠的探测系统,用于观测LEO厘米级空间目标。双屏电子篱笆的观测数据特点不同于常见的跟踪式雷达获得的观测数据,导致在初轨确定前,需要将同一目标的观测数
3、据与其他目标的数据分离。因此,如何准确地完成数据关联成为影响系统效能的关键。对于初轨确定前的数据关联问题,文献[3-5]介绍了基于欧空局空间碎片望远镜(EuropeanSpaceAgencySpaceDebrisTelescope,ESASDT)获得的地球同步轨道空间目标的光学观测数据[3-4]进行的数据关联研究,主要包括两类方法:基于可信域的虚目标关联方法和开普勒积分常数关[5]联方法。由于ESASDT的基本测量数据形式为角度、角速度等测量元素,与双屏电子篱笆的距离、角度、径向速度这种基本测量数据不同,所以文献中方法不能直接使用。文献[6]对美国海军空间监视系统(Naval
4、SpaceSurveillanceSystem,NAVSPASUR)获得的观测数据,提出了一种近圆假设条件下的数据关联方法。由于NAVSPASUR不具有径向速度的测量元素,数据关联判断中可用的基本测量数据较少,因此文献中方法仅适用于处理近圆轨道的空间目标数据,不适用于处理一般的低轨空间目标数据。文献[7]针对双屏电子篱笆相应的基本测量数据形式,提出一种基于径向速率O-C差的数据关联准则。该准则利用定轨结果计算出的距离变化率的理论值晍氀c(通过初轨确i定计算求得的径向速率用上角标c表示),再判断晍氀c与观测值晍氀ob是否在误差门限内,完成数据关联ii的判断。该方法在理论上能够解
5、决双屏电子篱笆初轨确定前数据关联的问题,但是其关联准则依赖于循环迭代的定轨计算,因此在处理大量观测数据时,判断时间长、效率低。本文对于“双屏电子篱笆暠的数据关联问题,提出一种不依赖于定轨计算、基于径向速率估值准则的数据关联方法。通过仿真分析,将该方法与对比方法比较,说明这种数据关联方法兼顾了判别结果的正确率以及算法计算时间,是一种高效率的数据关联方法。收稿日期:2013-10-27。收修改稿日期:2014-07-222014年12月中国空间科学技术92基于径向速率估值的判别准则“双屏电子篱笆暠观测的空间几何关系如图1所示,图1(a)中F1,F2表示南、北两道电子篱笆;S1,S
6、2分别为空间目标穿过南、北电子篱笆的穿屏点;T1,T2在赤道面上,并且与S1,S2位于相同经度氞氞氞圈平面内;N为轨道面与赤道面相交的升交点;并记轨道倾角为I,NS1=u,NT1=l,S1T1=氄1,氞S2T2=氄2。图1(b)中R表示地面测站;测站纬度为B;南、北屏各偏离天顶方向角度为毴;h1与h2为穿屏点对应的高度;r1与r2为穿屏点对应的位置向量。记穿屏点S1,S2对应观测数据分别为O1=(氀1,A1,E1,晍氀1;t1),O2=(氀2,A2,E2,晍氀2;t2)。图1观测的几何关系示意Fig·1Sketchofobservation＇sgeometry氞如图1所示,S
7、1S2与一个周期轨道相比较短,空间目标在该弧段上运动的时间是有限的。根据此条件,首先对观测数据O1、O2的时间间隔进行约束;然后利用下面介绍的径向速率的估值方法处理O、O中距离、方位角、俯仰角的信息,得到一种径向速率的估值晍氀e(利用此方法计算的径12i向速率用上角标e表示;i=1,2),通过比较晍氀e与O、O中径向速率的实际观测值是否一致,判i12断O1、O2是否相互关联。2·1时间间隔约束穿屏点S1、S2对应的地心纬度差Δ氄=氄2-氄1为éæREöùéæREöùΔ氄=2毬=êê毴-arcsinçsi
