CN116796551A - 一种空间目标过境时段快速高精度计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间目标过境时段快速高精度计算方法，该方法针对空间目标过境时段的快速计算，首先获取给定的时间范围、空间目标信息以及圆形地面区域信息，其次利用高精度轨道预报模型并采用大步长递推的方式，计算得到目标的轨道预报数据与星下点位置，然后分析各时刻目标的过境状态，并确定目标星下点进出地面区域前后的位置，最后结合线性插值原理出计算目标过境时段。该方法能够利用由较大步长递推得到空间目标轨道预报数据，快速计算出目标星下点过境圆形地面区域的时段，其适用于处在轨道保持状态的各类空间目标。
Description
技术领域
本发明属于航空航天技术领域，具体地说，是一种空间目标过境时段快速高精度计算方法。
背景技术
对于地面区域，目标过境时段计算是利用目标轨道预报数据，计算目标星下点在给定的时间范围内(预报期)经过地面区域的时间段。过境预报及过境时段计算广泛应用于航天测控网和地面测站***中。
现有传统的星下点过境时段计算方法是通过逐秒递推得到目标轨道预报，计算目标位置，再通过判断各时刻目标星下点是否在地面区域范围内来得到过境时段信息，其计算步骤冗余，算法耗时长。
发明内容
本发明的目的在于提出一种空间目标过境时段快速高精度计算方法，该方法能够利用由较大步长递推得到空间目标轨道预报数据，快速计算出目标星下点过境圆形地面区域的时段，其适用于处在轨道保持状态的各类空间目标。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种空间目标过境时段快速高精度计算方法，针对空间目标过境时段的快速计算，首先获取给定的时间范围、空间目标信息以及圆形地面区域信息，其次利用高精度轨道预报模型并采用大步长递推的方式，计算得到目标的轨道预报数据与星下点位置，然后分析各时刻目标的过境状态，并确定目标星下点进出地面区域前后的位置，最后结合线性插值原理出计算目标过境时段。
具体实现步骤如下：
步骤(1)：获取给定的时间范围信息、空间目标信息以及圆形地面区域信息；
步骤(2)：根据给定时间范围，利用高精度轨道预报模型并采用大步长递推的方式，计算出空间目标的轨道预报数据，即目标在地心地固直角坐标系下的位置信息；
步骤(3)：由目标轨道预报数据计算出目标星下点，分析各时刻目标的过境状态，并确定目标星下点过境前后的采样点位置；
步骤(4)：结合线性插值原理来计算目标过境时段。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)仅使用大步长递推得到的目标轨道预报数据，即可快速计算出目标过境时段；(2)计算结果的精度较高。
附图说明
图1是本发明一种空间目标过境时段快速高精度计算方法的流程图。
图2是本发明具体实施方式中空间目标星下点过境时段计算示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明为一种空间目标过境时段快速高精度计算方法，包括以下步骤：
步骤(1)：获取给定的时间范围信息、空间目标信息以及圆形地面区域信息，其中圆形地面区域信息包括区域中心点O的经纬高坐标以及区域半径R；
步骤(2)：计算目标轨道预报数据；根据给定时间范围，利用高精度轨道预报模型并采用大步长递推的方式，计算目标在地心地固直角坐标系下的位置信息，得到目标轨道预报数据，目标轨道预报数据就是目标在地心地固直角坐标系下的位置信息。
步骤(3)：由目标轨道预报数据计算出目标星下点，分析各时刻目标的过境状态，并确定目标星下点过境前后的采样点位置；
步骤3.1：由目标轨道预报数据得到地心地固坐标系位置，将其转换投影到经纬高坐标系获得目标星下点P，当星下点距区域中心的距离小于区域半径时，即满足不等式时，认为此时目标处于过境状态。
步骤3.2：按照时间顺序依次选取目标星下点Pt，分析目标星下点过境状态，并确定星下点进出地面区域前后的采样点位置。当相邻两点Pt与Pt+1均处于地面区域外时，此时若满足关系式则表明目标星下点轨迹在Pt与Pt+1之间过境，选取Pt与Pt+1作为目标星下点进出地面区域前后的采样点位置；当存在若干点Pt、Pt+1、...、Pt+n处于地面区域范围内时，则选取Pt-1与Pt+n+1作为目标星下点进出地面区域前后的采样点位置。
步骤(4)：结合线性插值原理来计算目标过境时段。
步骤4.1：记Ps为目标星下点进入地面区域之前的采样位置，Pe为目标星下点离开地面区域之后的采样位置，设Qs和Qe分别为实际目标星下点进出地面区域的位置，地面区域中心点O在向量上的投影点为Pr，如图2所示。
依据向量和平面几何关系，计算以Ps为起点的向量和以Qs为起点的向量/>从而确定目标星下点进入地面区域的位置Qs，向量/>和/>的计算公式如下：
步骤4.2：计算以Qe为起点的向量从而确定目标星下点离开地面区域的位置Qe，向量/>的计算公式如下：
步骤4.3：利用线性插值原理，依据目标星下点由位置Ps到达位置Qs和Qe的距离，计算目标星下点进出地面区域的时间。设目标星下点处于Ps位置的对应时刻为Ts，轨道预报数据递推步长为Δt，则目标星下点处于入境位置Qs的时刻Tr为：
目标星下点处于出境位置Qe的时刻Te为：
至此计算得到了空间目标对圆形地面区域的过境时段。
实施例
为了对本发明算法的有效性进行说明，充分展现出该方法具有快速计算目标过境时段的功能，完成实验如下：
(1)实验初始条件及参数设置
仿真实验以卫星目标为例，给定时间范围的起始时刻为UNIX时间戳1668441600，时长24小时，并设置地面区域3个，卫星目标1颗，具体实验参数见表1和表2。
表1圆形地面区域实验参数
表2卫星目标实验参数
(2)实验结果分析
表3为仿真步长1秒下，使用传统过境时段计算方法得到的目标过境信息，包括目标编号、地面区域编号、入境时间和出境时间信息，整体计算时长为56.449秒。
表3步长1秒下传统方法的计算结果
表4为仿真步长40秒下，使用传统过境时段计算方法得到的目标过境信息，整体计算时长为3.163秒。相比于步长为1秒下传统方法的计算结果，速度更快但是精度较低。
表4步长40秒下传统方法的计算结果
表5为仿真步长40秒下采用本专利方法计算的目标过境信息，整体计算时长为2.721秒。相比于步长为1秒下传统方法的计算结果，速度更快且精度较高。
表5步长40秒下本专利方法的计算结果
综上所述，本发明仅使用较大步长递推得到的空间目标轨道预报，即可快速计算出目标过境时段且精度较高。
最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种空间目标过境时段快速高精度计算方法，其特征在于，具体实现步骤如下：
步骤(1)：获取给定的时间范围信息、空间目标信息以及圆形地面区域信息；
步骤(2)：根据给定时间范围，利用高精度轨道预报模型并采用大步长递推的方式，计算出空间目标的轨道预报数据，即目标在地心地固直角坐标系下的位置信息；
步骤(3)：由目标轨道预报数据计算出目标星下点，分析各时刻目标的过境状态，并确定目标星下点过境前后的采样点位置；
步骤(4)：结合线性插值原理来计算目标过境时段。
2.根据权利要求1所述的空间目标过境时段快速高精度计算方法，其特征在于：所述步骤(1)中的圆形地面区域信息包括区域中心点O的经纬高坐标以及区域半径R。
3.根据权利要求1所述的空间目标过境时段快速高精度计算方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体实现方法如下：
步骤3.1：由目标轨道预报数据得到地心地固坐标系位置，将其转换投影到经纬高坐标系获得目标星下点P，当星下点距区域中心的距离小于区域半径时，即满足不等式时，认为此时目标处于过境状态；
步骤3.2：按照时间顺序依次选取目标星下点Pt，分析目标星下点过境状态，并确定星下点进出地面区域前后的采样点位置；当相邻两点Pt与Pt+1均处于地面区域外时，此时若满足关系式则表明目标星下点轨迹在Pt与Pt+1之间过境，选取Pt与Pt+1作为目标星下点进出地面区域前后的采样点位置；当存在若干点Pt、Pt+1、…、Pt+n处于地面区域范围内时，则选取Pt-1与Pt+n+1作为目标星下点进出地面区域前后的采样点位置。
4.根据权利要求1所述的空间目标过境时段快速高精度计算方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体实现方法如下：
步骤4.1：记Ps为目标星下点进入地面区域之前的采样位置，Pe为目标星下点离开地面区域之后的采样位置，设Qs和Qe分别为实际目标星下点进出地面区域的位置，地面区域中心点O在向量上的投影点为Pr；
依据向量和平面几何关系，计算以Ps为起点的向量和以Qs为起点的向量/>从而确定目标星下点进入地面区域的位置Qs，向量/>和/>的计算公式如下：
步骤4.2：计算以Qe为起点的向量从而确定目标星下点离开地面区域的位置Qe，向量/>的计算公式如下：
步骤4.3：利用线性插值原理，依据目标星下点由位置Ps到达位置Qs和Qe的距离，计算目标星下点进出地面区域的时间；设目标星下点处于Ps位置的对应时刻为Ts，轨道预报数据递推步长为Δt，则目标星下点处于入境位置Qs的时刻Tr为：
目标星下点处于出境位置Qe的时刻Te为：
至此计算得到空间目标对圆形地面区域的过境时段。
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| CN202310786241.2A CN116796551A (zh) | 2023-06-29 | 2023-06-29 | 一种空间目标过境时段快速高精度计算方法 |
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| CN202310786241.2A Pending CN116796551A (zh) | 2023-06-29 | 2023-06-29 | 一种空间目标过境时段快速高精度计算方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN116796551A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117951908A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-04-30 | 北京开运平行空间技术有限公司 | 空间目标过境时段快速计算方法及存储介质 |
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2023
- 2023-06-29 CN CN202310786241.2A patent/CN116796551A/zh active Pending
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