CN115575916A - 近地小行星地基雷达探测目标筛选方法、***和电子设备 - Google Patents

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CN115575916A CN202211295101.7A CN202211295101A CN115575916A CN 115575916 A CN115575916 A CN 115575916A CN 202211295101 A CN202211295101 A CN 202211295101A CN 115575916 A CN115575916 A CN 115575916A
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Abstract

本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法、***和电子设备，方法包括：确定地基雷达的最大探测距离；获取每个近地小行星与地球轨道之间的最小轨道交叉距离，将小于所述最大探测距离的近地小行星确定为初选目标；筛选出与地球之间的最近距离不大于所述地基雷达的最大探测距离的初选目标作为探测目标。能够快速且准确地从多个近地小行星中筛选出探测目标。

Description

近地小行星地基雷达探测目标筛选方法、***和电子设备
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法、***和电子设备。
背景技术
近地小行星的地基雷达探测有着十分关键且重要的意义。目前对于近地小行星的探测手段主要是依托地基光学望远镜和天基红外望远镜，但是，基光学望远镜和天基红外望远镜等地基光学探测受气象条件约束较强，仅具有测角能力，天基红外探测***部署费用高昂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法、***和电子设备。
本发明的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法的技术方案如下：
确定地基雷达的最大探测距离；
获取每个近地小行星与地球轨道之间的最小轨道交叉距离，将小于所述最大探测距离的近地小行星确定为初选目标；
筛选出与地球之间的最近距离不大于所述地基雷达的最大探测距离的初选目标作为探测目标。
本发明的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法的有益效果如下：
地基雷达虽然探测距离有限，但可以通过回波信号的时间延迟和多普勒频移实现对目标的探测，较高的分辨率可以实现对探测目标的空间解析、一定的穿透性可对目标表层以下物质进行探测，可提高轨道预报精度，因此地基雷达对近地小行星探测具有独特的优势。即便在近地小行星的数目日益增多的情况下，利用本发明的技术方案，还能够快速且准确地从多个近地小行星中筛选出探测目标。
在上述方案的基础上，本发明的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法还可以做如下改进。
进一步，还包括：
结合所述地基雷达的站址坐标和任一探测目标的轨道信息，得到该探测目标在可见时段内相对于所述地基雷达的方位角和俯仰角，直至得到每个探测目标在可见时段内相对于所述地基雷达的方位角和俯仰角。
进一步，还包括：
根据任一探测目标在可见时段内相对于地基雷达的方位角和俯仰角，设计对该探测目标的探测方案。
进一步，所述确定地基雷达的最大探测距离，包括：
利用第一公式计算所述地基雷达的最大探测距离Rmax，所述第一公式为：
Figure BDA0003902753240000021
其中，Pt表示地基雷达的发射信号功率，Gt表示地基雷达的发射天线增益，Gr表示地基雷达的接收天线增益，表示地基雷达的发射信号的波长，表示地基雷达探测的近地小行星的平均雷达截面积，Smin表示地基雷达的最小可检测信号。
本发明的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选***的技术方案如下：
包括确定模块、初筛模块和复筛模块；
所述确定模块用于：确定地基雷达的最大探测距离；
所述获筛模块用于：获取每个近地小行星与地球轨道之间的最小轨道交叉距离，将小于所述最大探测距离的近地小行星确定为初选目标；
所述复筛模块用于：筛选出与地球之间的最近距离不大于所述地基雷达的最大探测距离的初选目标作为探测目标。
本发明的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选***的有益效果如下：
地基雷达虽然探测距离有限，但可以通过回波信号的时间延迟和多普勒频移实现对目标的探测，较高的分辨率可以实现对探测目标的空间解析、一定的穿透性可对目标表层以下物质进行探测，可提高轨道预报精度，因此地基雷达对近地小行星探测具有独特的优势。即便在近地小行星的数目日益增多的情况下，利用本发明的技术方案，还能能够快速且准确地从多个近地小行星中筛选出探测目标。
在上述方案的基础上，本发明的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选***还可以做如下改进。
进一步，还包括信息获取模块，所述信息获取模块用于：
结合所述地基雷达的站址坐标和任一探测目标的轨道信息，得到该探测目标在可见时段内相对于所述地基雷达的方位角和俯仰角，直至得到每个探测目标在可见时段内相对于所述地基雷达的方位角和俯仰角。
进一步，还包括探测方案设计模块，所述探测方案设计模块用于：
根据任一探测目标在可见时段内相对于地基雷达的方位角和俯仰角，设计对该探测目标的探测方案。
进一步，所述确定模块具体用于，包括：
利用第一公式计算所述地基雷达的最大探测距离Rmax，所述第一公式为：
Figure BDA0003902753240000031
其中，Pt表示所述地基雷达的发射信号功率，Gt表示所述发射天线增益，Gr表示所述地基雷达的接收天线增益，表示波长，表示小行星雷达截面积，Smin表示最小可检测信号。
本发明的一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行上述任一项所述的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法。
本发明的一种电子设备，包括处理器和上述的存储介质，所述处理器执行所述存储介质中的指令。
附图说明
图1为本发明实施例的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选***的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法，包括如下步骤：
S1、确定地基雷达的最大探测距离；具体地：
利用第一公式计算地基雷达的最大探测距离Rmax，第一公式为：
Figure BDA0003902753240000041
其中，Pt表示地基雷达的发射信号功率，Gt表示地基雷达的发射天线增益，Gr表示地基雷达的接收天线增益，表示地基雷达的发射信号的波长，表示地基雷达探测的近地小行星的平均雷达截面积，Smin表示地基雷达的最小可检测信号。
S2、获取每个近地小行星与地球轨道之间的最小轨道交叉距离，将小于最大探测距离的近地小行星确定为初选目标；具体地：
首先，下载近地小行星数据库，具体是在网络上下载得到包括每个近地小行星的名称、轨道根数、视星等、半径大小等数据的数据库，即下载得到近地小行星数据库，然后，计算每个近地小行星与地球轨道之间的最小轨道交叉距离，其中，具体计算任一近地小行星与地球轨道之间的最小轨道交叉距离的过程如下：
最小轨道交叉距离求解是基于近地小行星和地球在日心平黄道坐标系下的五个轨道根数进行计算，求解近地小行星的轨道与地球的轨道之间的最小轨道交叉距离，轨道根数包括近地小行星与地球的轨道半长轴a、偏心率e、轨道倾角i、升交点经度Ω、近点幅角ω，其中，近地小行星与地球的轨道均为椭圆轨道；该两椭圆轨道即近地小行星的轨道与地球的轨道之间的最小轨道交叉距离的求解过程中，可将两椭圆轨道之间的最小轨道交叉距离求解问题转化为求解一椭圆轨道上所有点到另外一椭圆轨道最近距离的问题，各点对应的最近距离集合的最小值即为所求两轨道间最近距离，即最小轨道交叉距离，由此，得到任一近地小行星与地球轨道之间的最小轨道交叉距离，以此类推，得到每个近地小行星与地球轨道之间的最小轨道交叉距离。
S3、筛选出与地球之间的最近距离不大于地基雷达的最大探测距离的初选目标作为探测目标。具体包括两个步骤，分别为：作为探测目标的近地小行星的轨道递推和地球轨道递推，这两个步骤之间具有一定的耦合关系；
在作为探测目标的近地小行星的轨道递推的过程中，作为探测目标的近地小行星轨道递推的动力学模型中除考虑中心天体太阳的引力外，由于运行轨道与地球轨道较近，且质量相对地球质量小，需考虑第三体引力摄动对其运动的影响，动力学模型中包括太阳的引力，和水星、金星、地月、火星、木星、土星、天王星、冥王星这些主要质量体对其产生的引力摄动，那么，作为初选目标的任一近地小行星运动方程可写成下列形式：
Figure BDA0003902753240000051
Figure BDA0003902753240000052
Figure BDA0003902753240000053
式中，r是任一初选目标的位置矢量，rj(j＝1、2……9)：分别表示八大行星和冥王星的位置矢量，μ是太阳引力常数，μj(j＝1、2……9)是八大行星和冥王星的引力常数。
而且，作为探测目标的近地小行星的轨道递推的积分算法采用RKF7(8)算法，该算法中通过7阶和8阶结果之差与设定的计算误差比较来实现计算中根据精度改变计算步长的效果，兼顾算法的计算精度与计算效率，由此完成每个探测目标的轨道递推。
地球轨道递推计算过程中，地球轨道用考虑到一阶长周期变化项的长期进动椭圆来描述，可用下面的公式表示：
Figure BDA0003902753240000061
该公式中，σ3表示地球的六个轨道根数，
Figure BDA0003902753240000062
是轨道根数的一阶变化率，式中的T0为J2000，该小行星距离地球最近距离及时间的计算是在轨道递推过程中，计算小行星与地球之间的相对距离，记录距离达到最小值的时刻与数值。将满足下式的近地小行星保留作为探测目标，即|r-r3|min≤Rmax，其中，r3是地球的位置矢量。
任一探测目标与地球之间的最近距离以及最近距离对应的时间的计算是在轨道递推过程中，由此计算出任一探测目标与地球之间的在每个时刻的相对距离，记录距离达到最小值即最近距离的时刻与最近距离的数值。可选地，在上述技术方案中，还包括：
S4、结合地基雷达的站址坐标和任一探测目标的轨道信息，得到该探测目标在可见时段内相对于地基雷达的方位角和俯仰角，直至得到每个探测目标在可见时段内相对于地基雷达的方位角和俯仰角。其中，任一探测目标的轨道信息包括轨道的六个轨道根数。
其中，结合地基雷达的站址坐标和任一探测目标的轨道信息，通过坐标变换，得到该探测目标在可见时段内相对于地基雷达的方位角和俯仰角坐标变换是从J2000日心平黄道坐标系变换到站心地平坐标系，过程中需要依次变换到J2000地心平黄道坐标系、J2000地心平赤道坐标系、瞬时地心平赤道坐标系、瞬时地心真赤道坐标系、准地固坐标系、地固坐标系、站心赤道坐标系、站心地平坐标系；该坐标变换过程中需考虑的因素包括：岁差、章动、地球自转、极移。
可选地，在上述技术方案中，还包括：
S5、根据任一探测目标在可见时段内相对于地基雷达的方位角和俯仰角，设计对该探测目标的探测方案。
地基雷达虽然探测距离有限，但可以通过回波信号的时间延迟和多普勒频移实现对目标的探测，较高的分辨率可以实现对探测目标的空间解析、一定的穿透性可对目标表层以下物质进行探测，可提高轨道预报精度，因此地基雷达对近地小行星探测具有独特的优势。即便在近地小行星的数目日益增多的情况下，利用本发明的技术方案，还能能够快速且准确地从多个近地小行星中筛选出探测目标。
在上述各实施例中，虽然对步骤进行了编号S1、S2等，但只是本申请给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况调整S1、S2等的执行顺序，此也在本发明的保护范围内，可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。
如图2所示，本发明实施例的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选***200，包括确定模块210、初筛模块220和复筛模块230；
确定模块210用于：确定地基雷达的最大探测距离；
获筛模块220用于：获取每个近地小行星与地球轨道之间的最小轨道交叉距离，将小于最大探测距离的近地小行星确定为初选目标；
复筛模块230用于：筛选出与地球之间的最近距离不大于地基雷达的最大探测距离的初选目标作为探测目标。
地基雷达虽然探测距离有限，但可以通过回波信号的时间延迟和多普勒频移实现对目标的探测，较高的分辨率可以实现对探测目标的空间解析、一定的穿透性可对目标表层以下物质进行探测，可提高轨道预报精度，因此地基雷达对近地小行星探测具有独特的优势。即便在近地小行星的数目日益增多的情况下，利用本发明的技术方案，还能能够快速且准确地从多个近地小行星中筛选出探测目标。
可选地，在上述技术方案中，还包括信息获取模块，信息获取模块用于：
结合地基雷达的站址坐标和任一探测目标的轨道信息，得到该探测目标在可见时段内相对于地基雷达的方位角和俯仰角，直至得到每个探测目标在可见时段内相对于地基雷达的方位角和俯仰角。
可选地，在上述技术方案中，还包括探测方案设计模块，探测方案设计模块用于：
根据任一探测目标在可见时段内相对于地基雷达的方位角和俯仰角，设计对该探测目标的探测方案。
可选地，在上述技术方案中，确定模块210具体用于，包括：
利用第一公式计算地基雷达的最大探测距离Rmax，第一公式为：
Figure BDA0003902753240000081
其中，Pt表示地基雷达的发射信号功率，Gt表示地基雷达的发射天线增益，Gr表示地基雷达的接收天线增益，表示地基雷达的发射信号的波长，表示地基雷达探测的近地小行星的平均雷达截面积，Smin表示地基雷达的最小可检测信号。
上述关于本发明的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选***200中的各参数和各个单元模块实现相应功能的步骤，可参考上文中关于一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。
本发明实施例的一种存储介质，存储介质中存储有指令，当计算机读取指令时，使计算机执行上述任一项的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法。
本发明实施例的一种电子设备，包括处理器和上述的存储介质，处理器执行存储介质中的指令。其中，电子设备可以选用电脑、手机等。
所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为***、方法或计算机程序产品。
因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“***”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法，其特征在于，包括：
确定地基雷达的最大探测距离；
获取每个近地小行星与地球轨道之间的最小轨道交叉距离，将小于所述最大探测距离的近地小行星确定为初选目标；
筛选出与地球之间的最近距离不大于所述地基雷达的最大探测距离的初选目标作为探测目标。
2.根据权利要求1所述的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法，其特征在于，还包括：
结合所述地基雷达的站址坐标和任一探测目标的轨道信息，得到该探测目标在可见时段内相对于所述地基雷达的方位角和俯仰角，直至得到每个探测目标在可见时段内相对于所述地基雷达的方位角和俯仰角。
3.根据权利要求2所述的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法，其特征在于，还包括：
根据任一探测目标在可见时段内相对于地基雷达的方位角和俯仰角，设计对该探测目标的探测方案。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法，其特征在于，所述确定地基雷达的最大探测距离，包括：
利用第一公式计算所述地基雷达的最大探测距离Rmax，所述第一公式为：
Figure FDA0003902753230000011
其中，Pt表示地基雷达的发射信号功率，Gt表示地基雷达的发射天线增益，Gr表示地基雷达的接收天线增益，λ表示地基雷达的发射信号的波长，σ表示地基雷达探测的近地小行星的平均雷达截面积，Smin表示地基雷达的最小可检测信号。
5.一种近地小行星地基雷达探测目标筛选***，其特征在于，包括确定模块、初筛模块和复筛模块；
所述确定模块用于：确定地基雷达的最大探测距离；
所述获筛模块用于：获取每个近地小行星与地球轨道之间的最小轨道交叉距离，将小于所述最大探测距离的近地小行星确定为初选目标；
所述复筛模块用于：筛选出与地球最近距离不大于所述地基雷达的最大探测距离的初选目标作为探测目标。
6.根据权利要求5所述的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选***，其特征在于，还包括信息获取模块，所述信息获取模块用于：
结合所述地基雷达的站址坐标和任一探测目标的轨道信息，得到该探测目标在可见时段内相对于所述地基雷达的方位角和俯仰角，直至得到每个探测目标在可见时段内相对于所述地基雷达的方位角和俯仰角。
7.根据权利要求6所述的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选***，其特征在于，还包括探测方案设计模块，所述探测方案设计模块用于：
根据任一探测目标在可见时段内相对于地基雷达的方位角和俯仰角，设计对该探测目标的探测方案。
8.根据权利要求5至8任一项所述的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选***，其特征在于，所述确定模块具体用于，包括：
利用第一公式计算所述地基雷达的最大探测距离Rmax，所述第一公式为：
Figure FDA0003902753230000021
其中，Pt表示地基雷达的发射信号功率，Gt表示地基雷达的发射天线增益，Gr表示地基雷达的接收天线增益，λ表示地基雷达的发射信号的波长，σ表示地基雷达探测的近地小行星的平均雷达截面积，Smin表示地基雷达的最小可检测信号。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如权利要求1至4中任一项所述的一种近地小行星地基雷达探测目标筛选方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和权利要求9所述的存储介质，所述处理器执行所述存储介质中的指令。
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