空间监视网传感器高效调度关键技术研究

The dramatically increasing population of space objects due to ongoing space activities places an unprecedented strain on the limited sensor resources of the space surveillance network(SSN). Improving the utilization of available sensors is a more economical way to alleviate the stress of SSN. To exploit the observation effectiveness of SSN, the space object taxonomy, the observation requirement, the sensor scheduling criterion, the sensor scheduling strategy and the scheduling algorithm are respectively researched in this project. An efficient and accurate Energy Dissipation Rate calculation approach will be proposed to obtain the taxonomy of catalogued space objects. The observation requirement estimation model will be proposed, and the observation requirement of the classification of each space objects will also provided. The position velocity covariance of the object will be derived based on relative orbit analysis, and then an analytical sensor scheduling criterion will be proposed.The performance of the influencing factors such as the sensor type, the measurement accuracy, the observation time, the fit span, and the observation geometry and the observation combination on observation effectiveness of SNN will also be analyzed based on the proposed criterion. This criterion will also provide some novel sensor scheduling strategies to improve the utilization of observation resources. The optimum algorithm will also be exploited based on the characteristic of SNN and the proposed sensor scheduling criterion.

随着人类航天活动的增多，空间目标的数量迅速增加，空间目标的观测需求也随之急剧增长。日益繁重的观测任务给有限传感器资源的空间监视网带来极大负担。提高空间监视网的观测效率是缓解当前空间监视网压力的一种更为经济高效的方法。本项目针对空间监视网中空间目标分类，空间目标观测需求计算，空间目标调度准则函数以及调度策略，传感器调度优化问题展开研究；提出运算量小且精确的空间目标能量耗散率计算方法，对空间目标进行分类；构建空间目标的观测需求计算模型并确定每类空间目标的观测需求；通过相对轨道分析，推导出目标的位置速度协方差，进而得到普适的传感器调度准则函数；分析传感器类型，观测精度，观测时刻，拟合时间段，观测几何以及多次观测之间的组合等观测因素在传感器调度中所起的作用，提出一些新的高效调度策略；根据空间监视网传感器调度的特点，结合所构建的调度准则函数，寻求性能更为高效的寻优算法。

空间监视网传感器的高效调度可提高空间监视网的效率，是缓解当前空间监视网压力的一种更为经济高效的方法。本课题针对空间监视网中空间目标分类，空间目标观测需求计算，空间目标调度准则函数以及调度策略，传感器调度仿真与优化问题展开研究。.根据空间目标所受耗散力与轨道半长轴变化公式，提出了一种基于TLE数据的EDR计算方法，并针对大气密度的时变性影响EDR分类准确性预报的问题，提出了一种基于简单大气密度模型和TLE的EDR分类方法，实际TLE数据所得EDR分类结果符合已有报导。.根据空间目标轨道根数在大气阻力摄动下的变化公式，提出一种基于轨道根数的空间目标观测需求计算方法。该解析方法不仅考虑了空间目标多个观测因素对空间目标的观测需求的影响，还可避免当前基于数值仿真的空间目标观测需求计算方法无法获得稀疏观测时的稳定解的缺陷。此外，为定量分析观测需求，量化分析单次观测的测距测速性能，还给出了在对近圆轨道目标观测时雷达测距、测角以及测速精度的克拉美罗界计算公式。.由空间目标的相对轨道运动方程，推导出了一普适的空间监视网传感器观测调度准则。该解析的调度准则表达式显含空间目标的观测数据类型、观测精度、观测时刻、拟合时间段、观测几何以及多次观测之间的组合等多个观测因素。此外，针对当前平面轨道观测模型的缺陷，提出了一种平面轨道下空间目标的普适观测模型，并由此推导出了平面近圆轨道和平面椭圆轨道下传感器观测调度准则函数的闭式解。基于对所提出闭式解的分析，研究了平面轨道下观测几何、传感器观测精度、传感器混合等观测因素对传感器观测效率的影响，对近圆轨道和椭圆轨道空间目标观测，分别给出了若干调度策略和相应的分析解释。.针对传感器观测调度时可见弧段确定的问题，提出了一种快速确定目标可见弧段的方法，用于降低目标可见性计算复杂度。同时针对空间目标传感器监视需求，搭建了一个全网观测资源优化调度原型软件，并进行了软件功能验证。