基于仅光学观测的短弧关联分析方法

姜平，张雅声，陶雪峰，徐灿，方宇强，李智，王浩

航天工程大学，北京 101400

观测弧段的关联性检测是空间目标态势感知中的一个重要领域，而地基空间目标监视系统(GEODSS)在其中扮演着重要的角色。由于雷达天线的射程能力有限，近地轨道以外的空间非合作目标的绝大多数观测都是由光学望远镜进行的。根据美国国家航空航天局(NASA)的最新数据显示[1]，截至2020年4月，美国空间监视网共编目空间目标(通常大于10 cm)20 437个，其中包括5 645个在轨航天器、14 792个火箭箭体和碎片。随着火箭运载能力的提升，空间在轨目标和空间碎片的数量将会大幅提升，这将会给整个空间目标监视网络带来前所未有的压力。广角望远镜的观测大部分属于“短弧观测”(短弧目前没有明确的定义，文中将相对于整个轨道周期观测时长占比不到1%的数据称为“短弧观测”)，短弧观测数据对于轨道确定提出了更高的要求。若能充分利用不同观测位置、不同观测时段的数据[2]，进行观测弧段的关联性检测，充分融合具有关联性的观测信息，这将极大地提升对于空间目标识别和状态估计的准确性。

光学传感器测量只能给出跟时间相关的“角度观测序列”(通常是赤经/赤纬，也可以是方位角/高度角)，是无法获得距离和距离变率上的有效信息的，对于短弧数据来说无法进行有效的轨道确定，这也反映出了光学定轨对于关联的需求。文献[3-4]在开普勒轨道积分的基础上，从轨道六要素中分离出与能量和角动量无关的状态量(近地点幅角和真近点角)，计算衡量相关性条件差异的目标函数，从而判断弧段之间的关联性，但其在天顶观测和共面观测的时候无法使用[5]。……