空間目標(biāo)軌道數(shù)據(jù)應(yīng)用——碰撞預(yù)警與態(tài)勢分析內(nèi)容簡介

本書主要論述空間目標(biāo)軌道數(shù)據(jù)在目標(biāo)碰撞預(yù)警和空間態(tài)勢分析中的應(yīng)用和涉及的理論與方法，內(nèi)容包括基于軌道模型的預(yù)報(bào)誤差傳播、基于相對運(yùn)動(dòng)理論的軌道誤差分析、基于歷史軌道數(shù)據(jù)的軌道預(yù)報(bào)誤差分析、 空間目標(biāo)接近分析的解析和數(shù)值方法、碰撞概率計(jì)算的顯表達(dá)式、碰撞概率靈敏度分析、最大碰撞概率分析、碰撞預(yù)警的漏警和虛警分析、考慮多因素的碰撞風(fēng)險(xiǎn)綜合評估方法、基于歷史軌道數(shù)據(jù)的軌道異常和空間事件分析方法、基于軌道數(shù)據(jù)的空間碎片環(huán)境與流量分析等。本書可供從事航天器動(dòng)力學(xué)、航天器測控、空間目標(biāo)監(jiān)視、空間態(tài)勢感知和空間碎片研究的工程技術(shù)人員參考，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)研究生的輔助教材。

第1章緒論1

1.1數(shù)據(jù)來源——空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)3

1.1.1空間目標(biāo)監(jiān)視3

1.1.2空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)4

1.1.3國外空間目標(biāo)監(jiān)視網(wǎng)6

1.2數(shù)據(jù)類型——空間目標(biāo)編目數(shù)據(jù)7

1.2.1空間編目數(shù)據(jù)基本信息7

1.2.2編目數(shù)據(jù)的軌道模型8

1.2.3美國發(fā)布的編目數(shù)據(jù)9

1.3數(shù)據(jù)用途——碰撞預(yù)警與態(tài)勢分析10

1.3.1數(shù)據(jù)應(yīng)用的方法10

1.3.2碰撞預(yù)警12

1.3.2態(tài)勢分析17

第2章空間目標(biāo)軌道預(yù)報(bào)誤差傳播19

2.1坐標(biāo)系的定義19

2.2空間目標(biāo)軌道預(yù)報(bào)誤差綜述20

2.2.1軌道預(yù)報(bào)誤差的分類20

2.2.2基于軌道模型的誤差外推23

2.2.3與高精度軌道預(yù)報(bào)結(jié)果對比23

2.3協(xié)方差分析描述函數(shù)法24

2.3.1線性系統(tǒng)協(xié)方差分析24

2.3.2非線性系統(tǒng)協(xié)方差分析25

2.3.3基于高斯分布的描述函數(shù)26

2.3.4協(xié)方差描述函數(shù)的軌道應(yīng)用29

2.4基于相對運(yùn)動(dòng)理論的軌道誤差分析41

2.4.1基于代數(shù)法模型的初始誤差傳播42

2.4.2基于幾何法模型的近圓軌道誤差相關(guān)特性分析61

第3章基于歷史軌道數(shù)據(jù)的誤差分析69

3.1基于歷史軌道數(shù)據(jù)的誤差分析與應(yīng)用綜述69

3.1.1基于歷史數(shù)據(jù)的初始協(xié)方差分析70

3.1.2基于歷史數(shù)據(jù)的協(xié)方差演化函數(shù)擬合70

3.1.3利用歷史數(shù)據(jù)提高軌道長期預(yù)報(bào)精度72

3.2考慮周期特性的誤差數(shù)據(jù)生成73

3.2.1空間目標(biāo)的選擇73

3.2.2誤差數(shù)據(jù)的生成73

3.3誤差數(shù)據(jù)的預(yù)處理76

3.3.1誤差數(shù)據(jù)的二維分組76

3.3.2誤差數(shù)據(jù)異常值檢測77

3.4考慮周期特性的誤差擬合函數(shù)形式的確定78

3.4.1軌道根數(shù)誤差與軌道位置誤差78

3.4.2C-W方程的誤差傳播結(jié)果79

3.4.3泊松級數(shù)81

3.5誤差系數(shù)矩陣的擬合84

3.5.1泊松級數(shù)的最小二乘擬合84

3.5.2泊松級數(shù)階次的確定85

3.6結(jié)果與分析86

3.6.1位置誤差的擬合結(jié)果86

3.6.2泊松系數(shù)矩陣的影響分析87

3.6.3美、俄碰撞衛(wèi)星的誤差分析90

3.7位置速度誤差負(fù)相關(guān)特性的驗(yàn)證91

第4章空間目標(biāo)接近分析93

4.1空間目標(biāo)接近分析的解析方法93

4.1.1Hoots方法93

4.1.2基于軌道長期項(xiàng)的碰撞檢測算法100

4.2空間目標(biāo)接近分析的數(shù)值方法107

4.2.1接近分析的A-R算法107

4.2.2接近分析的A-N算法109

第5章碰撞概率的計(jì)算方法113

5.1碰撞概率計(jì)算方法及簡化113

5.1.1碰撞概率計(jì)算方法綜述113

5.1.2碰撞概率計(jì)算方法的簡化117

5.2圓軌道情形下碰撞概率的顯式表達(dá)式119

5.2.1接近幾何關(guān)系和接近距離的分解119

5.2.2誤差協(xié)方差的轉(zhuǎn)換和投影121

5.2.3碰撞概率的顯式表達(dá)式123

5.2.4算例分析124

5.3一般軌道情形下碰撞概率的顯式表達(dá)式126

5.3.1接近幾何關(guān)系表示的碰撞概率顯式表達(dá)式127

5.3.2接近距離的N、T、W分量表示的碰撞概率顯式表達(dá)式133

5.3.3算例分析137

5.4適用圓軌道假設(shè)的偏心率范圍139

5.4.1橢圓軌道的速度傾角和速度大小139

5.4.2速度傾角非零和速度大小不等的影響141

5.4.3橢圓軌道的綜合影響142

第6章碰撞概率的應(yīng)用研究145

6.1碰撞概率靈敏度分析145

6.1.1碰撞概率靈敏度的定義146

6.1.2基于顯式表達(dá)式的碰撞概率靈敏度推導(dǎo)146

6.1.3算例分析152

6.2最大碰撞概率分析158

6.2.1誤差橢球形狀固定時(shí)的最大碰撞概率159

6.2.2誤差橢球形狀不定時(shí)的最大碰撞概率162

6.2.3特殊情況167

6.2.4算例分析169

6.3碰撞預(yù)警的漏警概率和虛警概率分析171

6.3.1碰撞預(yù)警的實(shí)質(zhì)和誤判171

6.3.2碰撞預(yù)警的安全區(qū)域和危險(xiǎn)區(qū)域172

6.3.3漏警概率的計(jì)算174

6.3.4虛警概率的計(jì)算176

6.4碰撞風(fēng)險(xiǎn)綜合評估方法178

6.4.1風(fēng)險(xiǎn)評估參數(shù)和品質(zhì)評估參數(shù)179

6.4.2評估參數(shù)的隸屬函數(shù)180

6.4.3評估參數(shù)的加權(quán)系數(shù)182

6.4.4算例分析183

第7章軌道異常與空間事件分析185

7.1概述185

7.1.1軌道異常與空間事件185

7.1.2基于歷史數(shù)據(jù)的軌道異常分析方法186

7.1.3軌道異常檢測方法的基本步驟189

7.2基于移動(dòng)窗口曲線擬合的軌道異常檢測191

7.2.1特征軌道根數(shù)的選擇191

7.2.2偏差數(shù)據(jù)的生成191

7.2.3偏差數(shù)據(jù)的異常值檢測方法195

7.3基于預(yù)報(bào)偏差的軌道異常檢測199

7.3.1特征軌道根數(shù)的長期預(yù)報(bào)模型200

7.3.2偏差數(shù)據(jù)的生成和異常檢測201

7.3.3算例分析203

7.4基于漂移率偏差的GEO目標(biāo)軌道異常檢測205

7.4.1特征軌道參數(shù)的選擇和變化規(guī)律分析206

7.4.2漂移率偏差數(shù)據(jù)的生成211

7.4.3偏差數(shù)據(jù)的異常值檢測213

7.4.4算例分析216

7.5軌道異常檢測方法的評估219

7.5.1判別分析及誤判概率219

7.5.2虛警概率220

7.5.3漏警概率224

7.5.4軌道精度需求225

第8章空間碎片環(huán)境與流量分析227

8.1空間碎片環(huán)境模型綜述227

8.2空域劃分方法230

8.2.1空域劃分方法分類231

8.2.2等面積空域劃分模型232

8.2.3等面積空域劃分方案234

8.3空間碎片的空間密度235

8.3.1位置空間和軌道空間236

8.3.2空間密度的定義236

8.3.3空間單元編號及體積計(jì)算237

8.3.4空間密度函數(shù)238

8.3.5停留概率的計(jì)算239

8.3.6空間密度函數(shù)的簡化244

8.3.7典型軌道區(qū)域的空間密度245

8.4空間碎片的速度分布250

8.5空間碎片的碰撞流量252

8.5.1碰撞流量的計(jì)算252

8.5.2典型目標(biāo)軌道的碰撞流量計(jì)算255

附錄AT-H方程狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的各元素260

附錄BC-W方程計(jì)算得到的協(xié)方差矩陣表達(dá)式263

附錄C第3章部分結(jié)果圖265

附錄D等面積空域劃分方案275

參考文獻(xiàn)280" 2100433B

碰撞預(yù)警裝置的作用是防止航空器間與未及時(shí)清除的障礙物之間因?yàn)榘踩g距問題發(fā)生航路沖突或者碰撞，包括雷達(dá)(包括機(jī)械跟蹤雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)和連續(xù)波雷達(dá))或光電望遠(yuǎn)鏡、通信網(wǎng)絡(luò)、幾個(gè)數(shù)據(jù)處理操作中心組成、空間監(jiān)視中心,負(fù)責(zé)維護(hù)所有可跟蹤物體的數(shù)據(jù)庫。

例1 (1)考慮無限循環(huán)群

(2) 設(shè)n≥2，考慮正交群

(3) 考慮群

(4)考慮剩余類群

(5) 設(shè)p，q是兩個(gè)互質(zhì)的整數(shù)，把3-維球面

則不難驗(yàn)證，這確實(shí)給出了一個(gè)群作用，其軌道空問稱為透鏡空間，記為

定理 如G一個(gè)同胚群而作用于單連通空間X，并且對于每個(gè)點(diǎn)

利用這個(gè)定理，我們也可以得到下面幾個(gè)結(jié)論

例2 由于

美國空間監(jiān)視網(wǎng)探測、跟蹤、編目和識別圍繞地球運(yùn)動(dòng)的人造物體,包括還在工作的和停止工作的衛(wèi)星、廢棄的火箭箭體或解體的碎片等.空間監(jiān)視網(wǎng)主要任務(wù)是:預(yù)報(bào)何時(shí)何地空間物體將再入大氣隕落;防止一個(gè)返回的空間物體在美國國家反導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)觸發(fā)假警報(bào);描繪空間物體當(dāng)前位置,預(yù)報(bào)其軌道徑跡;探測新的人造空間物體;編制動(dòng)態(tài)的人造空間物體目錄;確定再入物體的擁有國家;通知NASA是否有物體將接近、碰撞或干擾航天飛機(jī)或和平號空間站 。

美國空間監(jiān)視網(wǎng)由全球16個(gè)地方的31臺雷達(dá)(包括機(jī)械跟蹤雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)和連續(xù)波雷達(dá))或光電望遠(yuǎn)鏡、通信網(wǎng)絡(luò)、幾個(gè)數(shù)據(jù)處理操作中心組成、空間監(jiān)視中心,負(fù)責(zé)維護(hù)所有可跟蹤物體的數(shù)據(jù)庫,預(yù)報(bào)空間物體軌道根數(shù),并分送到各個(gè)監(jiān)視設(shè)備,監(jiān)視設(shè)備在預(yù)報(bào)的時(shí)間和空域搜索空間物體,并將跟蹤數(shù)據(jù)送回到空間監(jiān)視中心處理和分析,空間監(jiān)視中心利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算新的軌道根數(shù)并進(jìn)行預(yù)報(bào).這些數(shù)據(jù)目前可以通過NASA向民用用戶和國外用戶限制性提供。2100433B