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天基照相跟踪空间碎片轨道确定方法研究

刘翔春  
【摘要】: 空间碎片严重地威胁着在轨运行航天器的安全,是一个亟待解决的难题,引起了国际上的高度重视。天基照相跟踪具有能耗低、精度高以及易于小型化实现等方面的优势,是观测中小尺寸危险空间碎片的有效手段。本文分析了天基照相跟踪的特点和基本原理,对天基照相跟踪空间碎片初始轨道确定和精密轨道确定相关理论和方法进行了深入分析和研究。论文主要工作如下: 考虑到空间碎片的特点和轨道确定研究的需要,定义了常用的坐标系统,分析了空间碎片所受的摄动力情况。 总结讨论了天基照相跟踪的特点,考虑地球遮挡、地影及跟踪太阳角等因素的影响,推导出了跟踪卫星对空间碎片的可观测条件;从底片归算原理出发,建立了天基照相跟踪的观测模型。 在没有任何空间碎片初始状态信息的情况下,为满足精密轨道对初始轨道的精度要求,提出了基于天基照相跟踪的广义Laplace初始轨道确定方法,并与数学意义上的初始轨道确定方法进行了仿真比较分析。 基于天基照相的观测模型和空间碎片的运动方程,研究了批处理精密确定空间碎片轨道的方法;为了能实时地确定空间碎片的轨道,研究了扩展Kalman滤波精密确定空间碎片轨道的方法;针对低轨道和地球同步轨道空间碎片,仿真分析了这两种方法在单个跟踪弧段和多个跟踪弧段下的定轨精度。


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