长春站非合作目标激光测距资料的定轨.PDF

第56卷第5期 天 文 学 报 Vol.56 No.5 2015年9月 ACTA ASTRONOMICA SINICA Sept., 2015 doi: 10.15940/ki.0001-5245.2015.05.007 长春站非合作目标激光测距资料的定轨 12 1 1 1 孙建南 刘承志 范存波 孙明国 (1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站长春130117) (2 中国科学院大学北京100049) 摘要 精密解算了非合作目标的单站激光测距数据. 观测数据少、数据弧段分布不好 是对非合作目标进行精密定轨的难点. 通过定轨过程中对动力学模型的选择及求解参数 的选取, 使得轨道计算收敛. 解算多组圈数的非合作目标数据, 将轨道重叠弧段对比作 为评判定轨精度的指标; 从多组圈数中提取出一圈的观测数据, 对其余数据进行定轨处 理, 将定轨后的轨道结果与提取出的观测数据进行对比，得到在同一时刻的距离偏差, 使 其作为精密定轨的外符合. 结果表明: 对非合作目标(4814)进行精密定轨, 平均测距残差 为1.01 m, 在测距方向上，测量数据外符合的平均轨道精度为14.35 m, 预报1 d的测距精 度为24.60 m. 关键词 航天器, 天体力学: 轨道计算与定轨, 方法: 数据分析 中图分类号: P135; 文献标识码: A 引言 利用漫反射激光测距对非合作目标进行探测, 其测距精度可达米级或分米级, 比雷 [1–3] 达和光电观测精度高23个数量级 . 高精度漫反射激光测距资料的应用对实现非合 作目标精密定轨及其监测预警具有重要作用. 同时有利于提高地球低轨道区域大气密度 模型精度, 进而对实现近地卫星精密定轨与预报、保障卫星顺利完成科学目标具有重要 意义. 低轨非合作目标具有运行速度快、过境时间短、轨道预报精度差以及受到观测晨 昏条件限制等特点, 致使对其观测获得的有效激光测距数据远少于对合作目标观测获得 的数据, 导致在轨道改进计算中条件方程不可解, 无法进行精密定轨. 观测数据少已成为 目前对非合作目标精密定轨的一个主要难点. 文献[45]阐述了利用两行根数(Two-Line Element, TLE)数据模拟多站卫星激光测距(Satellite Laser Ranging, SLR)数据的方法 实现单站SLR数据定轨, 文章表明: 对Ajisai卫星在1 d内拥有5圈共68个标准点的数据实 施定轨, 轨道外推5 d的位置误差在40 m 以内. 文献[6]基于文献[7]的方法, 对轨道高度 为800 km的空间目标在连续两天内拥有19个标准点的数据进行定轨, 预报1 d的轨道精 度可达20′′ , 优于利用光学数据预报的轨道精度. 2015-01-22收到原稿, 2015-04-16收到修改稿 国家自然科学基金项目资助 sunjn@ 5 期 孙建南等: 长春站非合作目标激光测距资料的定轨 475 本文首先介绍了SLR精密定轨的原理与方法及定轨过程中动力学模型的选取原则; 其次, 对长春站实测非合作目标的激光测距数据进行精密定轨. 将TLE数据作为非合作 目标精密定轨的初始轨道, 选取适当的动力学模型与求解参数, 使得轨道解算方程收敛; 最后, 通过重叠弧段比对和利用同类观测数据在距离方向上进行符合, 分析定轨的精度. 定轨原理与方法 SLR精密定轨采用动力学统计中基于线性估计的方法, 利用含有测量误差的观测资 料, 依据动力学模型建立空间目标状态方程和观测方程, 用动力学理论求解出目标状态