基于探测数据获取空间碎片轨道参数方法研究

发布时间：2017-04-13 15:25

  本文关键词：基于探测数据获取空间碎片轨道参数方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着人类航天事业的发展，空间碎片环境问题日益严重，受到人类越来越广泛的关注。为了保证航天器在轨安全运行，需要设计航天器防护结构，空间碎片环境模型是设计航天器防护结构的基础。由于起步比较晚，目前我国还没有自主研发的空间碎片环境模型，导致无法准确评估在轨航天器的碰撞风险。因此，对空间碎片环境模型的研究有非常重要的意义。空间碎片环境模型的建立主要依据碎片数据库的建立和建模理论的完善，本文研究基于探测数据获取空间碎片轨道参数分布方法，并以NaK液滴（钠钾液滴）观测数据为例，由NaK液滴观测数据推导了NaK液滴轨道参数分布。本文的主要研究内容如下： 首先，通过建立波束驻留模式雷达观测几何模型和原位探测器探测模型研究不同轨道参数碎片探测数据分布。调研波束驻留模式雷达观测和天基原位探测建立相应的探测模型，探测模型可以将碎片轨道参数数据转化为观测数据，统计不同轨道参数碎片的模拟探测数据得到轨道参数到探测数据分布的条件概率，这是由探测数据推导碎片轨道参数分布的基础条件。 其次，研究由探测数据获取轨道参数分布统计推断方法。分析已有条件，使用贝叶斯统计推断方法，利用探测数据、碎片轨道参数先验分布和不同轨道参数范围碎片的探测数据分布推导碎片轨道参数后验分布；讨论了碎片轨道参数先验分布的确定方法；最后用模拟算例验证贝叶斯统计推断由探测数据获取空间碎片轨道参数的可行性和正确性。 最后，研究NaK液滴空间分布特性。利用NaK液滴雷达观测数据和贝叶斯统计推断方法推导NaK液滴轨道参数分布；使用NaK液滴源模型模拟的方法推导NaK液滴时空分布特性；对比两种方法推导得到的NaK液滴空间分布，结果显示两种方法所得NaK液滴轨道参数分布具有相同的分布特点。 本文通过对空间碎片探测原理的研究，建立波束驻留模式雷达观测模型和原位探测器探测模型，通过模拟计算可以得到不同轨道参数碎片的模拟观测数据分布，是后面统计推断的基础；将贝叶斯统计推断应用于空间碎片探测数据推导中，用模拟算例验证了统计推断方法的可行性和正确性；最后以NaK液滴观测数据为例，推导了NaK液滴轨道参数分布，并与源模型模拟NaK液滴数据对比，两种方法所得结果吻合的很好，进一步验证所用方法的正确性。虽然我国目前还没有波束驻留模式雷达观测数据和天基原位探测数据，但对探测数据处理方法的研究是十分必要的，因为这是建立空间碎片环境工程模型数据库的基础，同时对未来空间碎片环境的探测实施方案制定具有一定的指导意义。
【关键词】：空间碎片 雷达观测 原位探测 贝叶斯统计推断 NaK液滴
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V528
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-13
• 1.1.1 课题背景10-12
• 1.1.2 研究目的与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 国外研究现状13-16
• 1.2.2 国内研究现状16-17
• 1.2.3 研究现状分析17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第2章 雷达观测几何模型19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 雷达观测原理19-22
• 2.3 单碎片雷达观测数据22-28
• 2.3.1 计算原理综述22-23
• 2.3.2 赤纬值23-25
• 2.3.3 探测概率及探测数据25-27
• 2.3.4 单碎片观测数据27-28
• 2.4 雷达对碎片群观测数据28-35
• 2.4.1 Haystack雷达正东观测模式28-32
• 2.4.2 Haystack雷达正南观测模式32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 天基原位器探测模型36-53
• 3.1 引言36
• 3.2 天基原位探测器探测原理36-38
• 3.3 单碎片探测器探测数据38-46
• 3.3.1 探测器几何参数38-39
• 3.3.2 碰撞概率39-43
• 3.3.3 相对碰撞速度43-45
• 3.3.4 有效暴露面积45
• 3.3.5 单碎片模拟探测45-46
• 3.4 探测器对碎片群模拟探测46-52
• 3.4.1 近地点高度影响47-49
• 3.4.2 轨道倾角影响49-50
• 3.4.3 轨道偏心率影响50-52
• 3.4.4 探测数据影响总结52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 探测数据处理中统计推断方法53-71
• 4.1 引言53
• 4.2 探测数据处理中统计推断问题描述53-54
• 4.2.1 雷达探测数据53-54
• 4.2.2 天基原位探测数据54
• 4.3 离散贝叶斯推断模型54-56
• 4.3.1 贝叶斯方法介绍54-55
• 4.3.2 贝叶斯统计推断基本公式55
• 4.3.3 贝叶斯统计推断计算流程55-56
• 4.4 贝叶斯统计推断应用56-70
• 4.4.1 雷达观测数据处理中的应用56-60
• 4.4.2 雷达观测数据处理实例60-64
• 4.4.3 天基原位探测数据处理中的应用64-65
• 4.4.4 天基原位探测数据处理实例65-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第5章 NaK液滴空间分布特性71-80
• 5.1 引言71
• 5.2 NaK观测数据处理71-72
• 5.2.1 NaK液滴数据获取71
• 5.2.2 NaK液滴轨道参数推导71-72
• 5.3 NaK液滴源模型模拟72-77
• 5.3.1 NaK液滴来源73-74
• 5.3.2 NaK液滴泄露事件建模74-76
• 5.3.3 NaK液滴演化建模76-77
• 5.4 NaK液滴轨道分布77-78
• 5.5 本章小结78-80
• 结论80-82
• 参考文献82-87
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果87-89
• 致谢89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 王海福;余庆波;刘有英;;空间碎片碰撞风险评估系统[J];北京理工大学学报;2008年12期

2 李春来,欧阳自远,都亨;空间碎片与空间环境[J];第四纪研究;2002年06期

3 宋正鑫;胡卫东;陶勇;郁文贤;;基于雷达波束篱笆的空间碎片数量的置信区间估计[J];国防科技大学学报;2008年02期

4 龚自正;李明;;美俄卫星太空碰撞事件及对航天活动的影响[J];航天器环境工程;2009年02期

5 宋正鑫;胡卫东;陶勇;郁文贤;;雷达波束驻留模式下空间碎片数量的置信区间估计[J];空间科学学报;2008年02期

6 龚建村;刘四清;师立勤;陈赵峰;;空间环境天基探测现状与需求分析[J];空间科学学报;2009年03期

7 杨旭;刘静;吴相彬;王荣兰;于友成;王人冬;张耀;李大卫;;利用TLE数据分析LEO卫星轨道异常的新方法——综合判据法[J];空间科学学报;2011年02期

  本文关键词：基于探测数据获取空间碎片轨道参数方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：303901