一种空间目标轨道状态动态推理方法

发布时间：2021-09-07 00:16

　　针对非合作空间目标轨道状态的不确定性,提出一种基于动态贝叶斯网络的空间目标轨道状态动态推理方法。首先建立了空间目标轨道状态语义模型,明确了轨道状态与轨道类型、轨道变化间的语义关系;其次,分析了轨道状态的特性,构建了轨道变化中共面变轨和异面变轨的等级划分方法;然后,基于动态贝叶斯网络建立空间目标轨道状态推理模型,利用空间目标轨道类型、轨道变化和轨道状态之间的关系,推理轨道状态的动态变化过程;最后,以不同轨道类型的空间目标为案例对提出的方法进行验证,并与实际情况进行对比。实验结果表明,这种空间目标轨道状态动态推理方法能够对具有不确定性的轨道状态进行推理,获取轨道状态的变化过程。构建的空间目标轨道状态动态推理方法能够为进一步的决策提供支持和辅助。 

【文章来源】：西安电子科技大学学报. 2020,47(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

空间目标轨道状态语义模型

基于动态贝叶斯网络构建的空间目标轨道状态推理模型如图2所示。其中，轨道状态为状态序列，无法直接获取；轨道类型、共面变轨和异面变轨是观测序列，可直接获取。轨道类型包括同步地球轨道、中地球轨道和低地球轨道，轨道变化程度包括H、M和L 3个等级，轨道状态分为轨道扰动、轨道维持和轨道转移。推理模型按照轨道星历数据的历元时间为时间轴展开，各个时间片表示对当前历元时间轨道状态的推理。为避免轨道根数误差的影响，充分反映轨道变化与轨道状态的关系，时间片中的推理数据为从时间片当前时刻起，连续m组的星历数据。有方向的连线表示节点之间的影响关系，通过条件概率表表示。利用前一时间片推理结果和当前时间片的轨道变化数据，结合条件概率表，推理模型可以对各个时间片中的推理结果进行累积，最终获取轨道状态及其变化过程。轨道状态随时间转移，并影响下一时刻的轨道状态，进而可以推理出空间目标轨道状态的变化。2.3.3 推理步骤

图3(a）为AEOLUS卫星轨道状态变化情况。在轨运行期间，AEOLUS卫星轨道扰动状态的概率逐渐减小，而轨道转移的概率逐渐变大，并在第5时间片附近达到最大值0.624 5。随后从第6时间片开始，逐渐恢复到轨道扰动概率较大的状态。其中，第5和第6时间片的星历数据历元时间分别为2019-09-02 01:07:54和2019-09-02 12:03:43。从图3(a）中AEOLUS卫星的轨道状态推理结果可以获悉，其在第5和第6时间片以较大概率进行了一次轨道转移。在实际情况中，2019年9月2日AEOLUS卫星为了避免与SpaceX的Starlink 44发生碰撞，执行了轨道机动，以提高轨道高度来进行规避，与图3(a）中推理结果相符。图3(b）为NAVSTAR 64卫星轨道状态变化情况。从推理结果可以看出，NAVSTAR 64主要处于轨道扰动状态。在第1时间片，轨道扰动的概率较大，导致卫星偏离任务轨道，需要进行轨道维持，因此从第2到第7时间片，轨道维持状态的概率有所上升。随后，从第7时间片开始，NAVSTAR 64卫星停止进行轨道维持，轨道维持状态的概率下降，而轨道扰动状态的概率逐渐上升。事实上，NAVSTAR 64作为导航卫星，其对轨道机动的需求较少，但是在轨运行期间会收到各种外部环境的扰动，需要在受到轨道扰动后进行轨道维持，图3(b）中NAVSTAR 64的在轨运行状态与其在轨运行状态基本相符。


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