面向精度链和时间链的卫星动态捕获能力评估系统及其方法

技术领域

本发明涉及航天技术、任务规划技术和运动目标捕获跟踪等领域，主要用于多星系统针对空间碎片、航天器等空间目标任务规划与交接引导等应用。

背景技术

在星座多星协同观测调度过程中，对于已经有位置速度初始信息的目标，如何判读分配的卫星在指定的时间点是否有能力完成对于目标的捕获，需要一种根据任务的动态跟踪能力评估方法。多星任务规划主体根据卫星在特定时刻对特定目标动态跟踪能力的评估来完成对于任务观测弧段的分配。

卫星对于特定目标的捕获能力，由自身能力及外界观测条件共同决定。针对指定时刻开始特定目标的捕获能力分析时对于多星任务规划中，进行目标任务分配的关键因素。由于卫星对于空间目标的捕获是一个高度动态的过程，目标的输入精度和观测条件的动态变化决定了卫星对于目标的动态捕获时一个精度链和时间链耦合的过程。需要构建一种快速，有效的卫星动态捕获能力的评价模型，来支撑多星协同规划过程中对于任务的分配。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的第一个方面提供一种面向精度链和时间链的卫星动态捕获能力评估系统，包括如下模块：问题建模模块和能力评估模块，所述问题建模模块用于从时间和精度的层面出发对卫星动态捕获进行建模，所述问题建模模块输出的数据作为所述能力评估模块的输入参数，并通过蒙特卡洛打靶，完成对于卫星针对特定目标的捕获能力模型的构建，所述能力评估模块用于进行能力评估。

所述问题建模模块计算目标在被捕获时刻的观测信噪比SNR，在被捕获时的前提是满足最低的捕获门限要求

所述能力评估模块计算

本发明的第二个方面提供一种面向精度链和时间链的卫星动态捕获能力评估方法，包括：步骤S1问题建模和步骤S2动态捕获能力评估。

步骤S1包括：计算目标在被捕获时刻的观测信噪比SNR在被捕获时的前提是满足最低的捕获门限要求

计算目标预报到捕获时刻的位置误差ΔE

进一步地步骤S1还包括：计算捕获时刻卫星与目标的交会角速度ω

步骤S2包括：建立卫星动态捕获能力评估模型以

在信噪比低于门限时，无法捕获评价因子为0。在到达门限到目标饱和之间，评价因子为信噪比与门限的比值。大于饱和值后，评价因子为初步饱和值与门限的比值x。其中捕获角速度评价因子Q

步骤S2还包括权重w

采用上述步骤，可以有效地建立其卫星动态捕获能力地评价模型，从而来支撑多星协同规划过程中对于任务的分配。

附图说明

图1为卫星动态捕获能力评估系统图；

图2为卫星动态捕获能力评估方法图；

图3为捕获过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

如图1所示，面向精度链和时间链的卫星动态捕获能力评估系统，包括问题建模模块和能力评估模块，问题建模模块对卫星动态捕获问题进行建模，分别计算出观测信噪比，捕获角速度，捕获视场，以及机动角度。作为评价要素输入到能力评估模块，将各要素解耦，并通过归一化的打靶评分，对卫星动态捕获能力进行评估，来完成对于卫星针对特定目标的捕获能力模型的构建，形成多星任务规划的重要输入

如图2所示，面向精度链和时间链的卫星动态捕获能力评估方法，包括捕获问题建模和动态捕获能力评估方法。

1.捕获问题建模

如图3所示，从时间及精度的层面出发，在t

那么在t

目标在被捕获的前提是目标在捕获时刻的观测信噪比满足最低的捕获门限要求

其中I

其中捕获时刻t

t

从起始点到捕获点所花费的时间t

该式表示如果卫星进行姿态机动及捕获的时间超过了目标的可见时刻到与规划时刻的差值，则准备时间为姿态机动时间，如果可见时刻到与规划时刻的差值大于机动及捕获的时间，则机动到位后需要等待则准备时间为可见时刻与当前规划时刻之差。

目标预报到捕获时刻的位置误差ΔE

ΔE

为了保证对于目标的捕获，存在目标预报到捕获时刻的误差约束，表示捕获是目标的位置误差应该小于视场中横向与纵向投影大小的小值。

其中在捕获点的捕获视场的投影大小为H×V

在捕获点横向与纵向投影大小由横向H

并且在捕获时刻，卫星与目标的交会角速度ω

2.动态捕获能力评估方法

卫星动态捕获能力评估模型以

其中w

(1)信噪比评价因子Q

在信噪比低于门限时，无法捕获评价因子为0.在到达门限到目标饱和之间，评价因子为信噪比与门限的比值。大于饱和值后，评价因子为初步饱和值与门限的比值x。

(2)捕获角速度评价因子Q

捕获角速度大于最大角速度时，无法捕获，评价因子为0.捕获角速度低于最大加速度而大于1/2最大角速度时，捕获不稳，则评价因子为最大捕获速度与2倍捕获速度的比值。低于1/2最大角速度时，捕获平稳，评价因子为1.

(3)捕获视场评价因子Q

1/2视场投影大小小于目标预测误差时，无法捕获，评价因子为0.1/2视场投影大小介于误差与两倍误差之间时，捕获概率较高，评价因子为0.8.1/2视场投影大小大于两倍误差时，可以确定捕获，则评价因子为1.

(4)机动角度评价因子Q

机动角度

(5)权重确定

w

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。