基于卫星无源探测的空间飞行器的轨道估计

董婷婷，杨 慧，吴 祥

(杭州电子科技大学信息与控制研究所，浙江杭州310018)

0 引言

一些国家会发射具有特殊目的的空间飞行器，对他国发射的具有敌意的空间飞行器实施监控并做出快速反应，对于维护国家的安全具有重要的战略意义。可以利用探测器测得目标相对于运动卫星的观测数据，再以观测卫星和空间飞行器的运动模型和观测模型为基础，对空间飞行器的轨道参数进行数学推断［1，2］。由于观测卫星测得的观测数据所依赖的观测坐标系不同于地球上的基础坐标，因此需要按照一定的关系对观测得到的数据进行坐标变换［3］。本文通过仿真观测数据确定空间飞行器的运动轨迹，由于测量数据存在一定的误差，且空间飞行器的轨道模型是非线性的，因此求解其轨迹方程成为解决问题的一个难点，本文采用常微分方程组数值解法和伪逆矩阵求解矩阵方程等方法来求解空间飞行器的轨迹方程［4，5］。

1 运动模型及坐标系的选取

与雷达探测等主动探测技术不同的是，无源探测不具备测距能力，但借助多颗星的同步观测能够进行逐点定位，再结合空间飞行器的运动模型，可以估计轨道参数。

空间飞行器轨道一般可分为3段:靠火箭推进的主升段、在地球外层空间的惯性飞行段和再入大气层后的攻击段。本文重点关注重力斜飞段的后程段，所使用的仿真数据也集中于此段。

本文基础坐标系选取的是随地心平移的坐标系，取地球的中心Oc为原点，并以地球自转轴为Z轴，指向北极为正向，X轴由Oc指向零时刻的0度经线，再按右手法则确定Y轴，建立直角坐标系Oc-XcYcZc。……