本書聚焦空間目標(biāo)信息應(yīng)用方法,旨在深化對空間目標(biāo)
運行規(guī)律的理解。內(nèi)容涵蓋空間目標(biāo)的時間、坐標(biāo)、軌道、
姿態(tài)等多元信息及其應(yīng)用方法。全書從基礎(chǔ)知識出發(fā),系統(tǒng)
闡述時間與坐標(biāo)系統(tǒng)定義及轉(zhuǎn)換方法,進而探討信息處理技
術(shù),包括初軌計算、軌道與姿態(tài)確定及誤差分析,最終聚焦
信息應(yīng)用,介紹天文定位、變軌檢測等方法,涵蓋恒星信息
計算、目標(biāo)位置確定及變軌參數(shù)分析等。本書內(nèi)容全面、結(jié)
構(gòu)清晰,可為空間目標(biāo)有效觀測提供基礎(chǔ)支撐,并為相關(guān)專
業(yè)人員提供參考。
截至2024年12月底,美國SpaceX公司星鏈衛(wèi)星入軌數(shù)量超過7 000顆,美國公開數(shù)據(jù)公布空間目標(biāo)數(shù)量接近3萬個。隨著人類航天器發(fā)射、空間試驗活動逐步增加,空間目標(biāo)數(shù)量逐步增加,空間目標(biāo)信息應(yīng)用受到更多關(guān)注?臻g目標(biāo)信息應(yīng)用包含豐富內(nèi)容,其中,軌道信息、姿態(tài)信息、測量數(shù)據(jù)成為關(guān)注重點,形成了豐富的理論技術(shù)成果。本書主要圍繞空間目標(biāo)軌道信息、姿態(tài)信息開展處理與應(yīng)用分析,呈現(xiàn)具體處理方法和流程,為空間目標(biāo)信息應(yīng)用效果分析提供支持。
本書圍繞空間目標(biāo)信息處理與應(yīng)用方法,針對軌道信息、姿態(tài)信息建立處理流程并開展應(yīng)用分析?臻g目標(biāo)信息主要涉及時間信息、坐標(biāo)信息、測角信息、測距信息、軌道信息、引力信息、攝動信息、位置信息、速度信息、姿態(tài)角信息、姿態(tài)角速度信息、恒星位置信息、天文定位信息等,了解各類信息應(yīng)用方法,對于空間目標(biāo)有效觀測具有重要支撐作用。本書按照從基礎(chǔ)知識到信息應(yīng)用的思路安排全部內(nèi)容,主要分為以下三個部分:
1) 基礎(chǔ)知識,包括空間目標(biāo)基本概念、典型應(yīng)用、時間系統(tǒng)、坐標(biāo)系等,主要闡述時間系統(tǒng)、坐標(biāo)系的定義,以及各種時間、坐標(biāo)之間的相互轉(zhuǎn)換方法。時間系統(tǒng)包括世界時、協(xié)調(diào)世界時、北京時等。坐標(biāo)系包括太陽系質(zhì)心坐標(biāo)系、地心坐標(biāo)系、站心坐標(biāo)系、衛(wèi)星本體坐標(biāo)系等。
2) 信息處理,包括基于觀測數(shù)據(jù)的空間目標(biāo)初軌計算、軌道確定、姿態(tài)確定等方法,主要闡述空間目標(biāo)軌道與姿態(tài)確定、誤差分析的實現(xiàn)過程和算例。觀測數(shù)據(jù)包括測距、測角和測速數(shù)據(jù)等。姿態(tài)參數(shù)包括俯仰、偏航和滾動歐拉角。
3) 信息應(yīng)用,包括基于觀測數(shù)據(jù)的空間目標(biāo)天文定位、目標(biāo)變軌檢測等方法,主要闡述恒星信息計算、空間目標(biāo)位置提取、空間目標(biāo)變軌判斷、變軌參數(shù)計算的實現(xiàn)過程與算例。恒星信息包括平赤經(jīng)、平赤緯、星等、自行參數(shù)等。空間目標(biāo)位置包括赤經(jīng)、赤緯等。變軌參數(shù)包括變軌時間、速度增量等。
本書編寫分工如下:張兵主要撰寫第1章至第3章,王東亞主要撰寫第4章至第5章,苑剛主要撰寫第6章,李朋遠主要撰寫第7章。考慮相關(guān)內(nèi)容之間的聯(lián)系和差別,在不同章節(jié)對相關(guān)公式與描述進行了針對性重復(fù)闡述,既保持了相關(guān)計算方法的完整性,也便于讀者查閱與參考。
在此,特別感謝黃劍副研究員,為本書內(nèi)容安排提供了寶貴建議。
囿于作者的寫作水平及精力,本書難免存在疏漏和不妥之處,敬請廣大讀者批評指正。
作者
2025年4月
第1章緒論1
1.1基本概念1
1.2典型應(yīng)用3
1.3內(nèi)容結(jié)構(gòu)4
第2章時空系統(tǒng)6
2.1時間系統(tǒng)6
2.1.1時間類型6
2.1.2時間轉(zhuǎn)換7
2.1.3儒略日計算9
2.2坐標(biāo)系10
2.2.1坐標(biāo)系類型10
2.2.2歲差計算12
2.2.3章動計算14
2.2.4恒星時角24
2.2.5極移計算25
2.2.6坐標(biāo)轉(zhuǎn)換27
參考文獻31
第3章空間目標(biāo)初軌分析32
3.1基于測角測距分析32
3.1.1構(gòu)建測量方程32
3.1.2處理觀測資料33
3.1.3狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣34
3.1.4迭代計算初軌36
3.1.5計算初軌精度39
3.2實現(xiàn)結(jié)果42
3.2.1低軌空間目標(biāo)42
3.2.2中軌空間目標(biāo)50
3.2.3高軌空間目標(biāo)54
參考文獻59
第4章空間目標(biāo)定軌分析60
4.1定軌基本方法60
4.1.1構(gòu)建基本方程60
4.1.2計算測量值61
4.1.3計算理論值62
4.1.4計算測量矩陣63
4.1.5計算狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣66
4.2計算非引力攝動69
4.2.1計算大氣阻力攝動69
4.2.2計算光壓攝動70
4.2.3計算非引力攝動函數(shù)72
4.3計算定軌精度74
4.3.1一階短周期項74
4.3.2地球引力場田諧項76
4.3.3計算瞬時位置77
4.3.4定軌擬合誤差計算78
4.4實現(xiàn)結(jié)果80
4.4.1低軌空間目標(biāo)80
4.4.2中軌空間目標(biāo)88
4.4.3高軌空間目標(biāo)92
參考文獻97
第5章空間目標(biāo)姿態(tài)分析98
5.1姿態(tài)指向計算98
5.1.1空間目標(biāo)圖像建模99
5.1.2數(shù)論法誤差模擬101
5.1.3法線指向矢量計算102
5.1.4指向角度計算105
5.2姿態(tài)旋轉(zhuǎn)計算106
5.2.1透視投影成像106
5.2.2姿態(tài)迭代計算107
5.2.3旋轉(zhuǎn)速度估計109
5.3實現(xiàn)結(jié)果110
5.3.1空間目標(biāo)大小與像素誤差111
5.3.2分辨率與像素誤差113
5.3.3焦距大小與像素誤差仿真114
5.3.4姿態(tài)旋轉(zhuǎn)計算117
參考文獻121
第6章廣域探測分析124
6.1構(gòu)建星表索引124
6.2星表恒星搜索126
6.3恒星位置解算127
6.3.1視差修正127
6.3.2自行修正128
6.3.3引力偏折修正129
6.3.4光行差修正129
6.3.5歲差章動修正130
6.4廣域探測生成130
6.4.1恒星觀測投影130
6.4.2空間目標(biāo)觀測位置133
6.5實現(xiàn)結(jié)果133
6.5.1恒星參數(shù)133
6.5.2恒星位置解算134
6.5.3空間目標(biāo)位置解算137
6.5.4觀測投影解算138
參考文獻140
第7章目標(biāo)軌道應(yīng)用分析141
7.1觀測弧段標(biāo)識142
7.2變軌檢測144
7.2.1已知目標(biāo)變軌檢測144
7.2.2未知目標(biāo)變軌檢測147
7.3實現(xiàn)結(jié)果150
7.3.1目標(biāo)設(shè)置150
7.3.2目標(biāo)無變軌150
7.3.3目標(biāo)沿跡變軌155
7.3.4目標(biāo)法向變軌160
7.3.5目標(biāo)綜合變軌165
7.3.6變軌檢測分析170
參考文獻173