CN112710995B - 一种空间碎片测距数据仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种空间碎片测距数据仿真方法。所述方法包括：通过动态载入的观测设备信息数据、动态输入设备的系统差和随机差、动态接收及载入观测设备的观测计划数据，将实时接收的J2000惯性坐标系下的空间碎片位置和速度等信息，转换为J2000惯性系下的空间碎片站心位置，并得到空间碎片在站心赤道坐标系下的测距数据、赤经和赤纬，在测距数据中添加系统误差、随机误差、野值，生成空间碎片测距仿真数据。本方法通过动态载入观测计划数据，可以有计划地对空间碎片进行观测，并且仿真过程中保证了仿真环境与真实观测环境的一致性，提高了测距数据的仿真效率。通过添加系统误差、随机误差、野值，使得生成的空间碎片测距仿真数据更接近实测测距数据。

Description

一种空间碎片测距数据仿真方法
技术领域
本申请涉及空间碎片探测技术领域，特别是涉及一种空间碎片测距数据仿真方法。
背景技术
在科研、军事等许多领域，都需要对空间碎片进行监视，测定空间碎片的每一个观测时刻在空间中的位置及其变化，确定空间碎片的运行轨道，从而获取空间碎片精确的信息。基于此需求，空间碎片的精确测量是非常重要的基础环节，没有空间碎片的精确测量，空间碎片轨道识别，编目定轨，及精密定轨都无法实现。
对于无源的空间碎片的位置精确测量目前主要有测角和测距两种方式。对于空间碎片测距测量又有激光测距和雷达测距两种方式。激光测距的工作原理是激光通过光学望远镜的发射分系统发向空间，激光束遇到空间碎片后有一部分的光反射到光学望远镜的接收分系统，当接收的光子数达到一定的门限，完成空间碎片的探测。计算激光发射和接收的往返时间，即得到光学望远镜和空间碎片间的距离。雷达测距的工作原理是发向空间的电磁波信号，遇到空间碎片后有一部分的能量被雷达接收机接收，当发射的回波信号超过一定的门限电压值，雷达接收机即完成空间碎片的探测。计算发射波和反射波的往返时间，即得到雷达和空间碎片间的距离。其中激光测距受天气影响较大，雨天及阴天不能正常观测，不是全天候设备。
通常有两种途径获得空间碎片测量数据：通过光学望远镜实际观测获得；建立数学模型通过仿真手段获得。第一种空间碎片测量数据途径不仅受到光学望远镜的个数限制，而且受到光学望远镜所在测站的实际观测条件等因素限制。而第二种空间碎片测量数据获得途径，不受这些条件限制，因此在空间态势监视体系设计、测量设备技术指标及立项必要性论证、站址选择论证、定轨精度评估分析等工作中，都发挥着非常重要作用。但是，现有的空间碎片测距数据仿真方法获得的测距数据与实测测距数据有一定的差距，存在仿真准确度不佳的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高空间碎片测距数据仿真结果准确度的空间碎片测距数据仿真方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种空间碎片测距数据仿真方法，所述方法包括：
动态获取空间碎片测距数据仿真中的观测设备信息，并动态设置系统误差及随机误差参数之后，动态载入空间碎片的观测计划数据，载入极移数据，实时接收批量空间碎片的星历数据，根据所述观测设备信息，得到观测设备的地固系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000021
实时接收批量空间碎片的星历数据，所述星历数据包括空间碎片的编号，仿真时刻，J2000惯性系下的地心位置及速度向量；根据所述编号和所述仿真时刻判断所述空间碎片是否在观测计划内，当所述空间碎片在观测计划内时，根据所述星历数据得到所述空间碎片的J2000惯性系空间碎片地心位置向量
Figure BDA0002853852110000022
根据所述仿真时刻，将所述地固系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000023
转换成J2000惯性系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000024
根据所述仿真时刻和所述极移数据，通过插值计算得到所述仿真时刻的极移分量(xp,yp)、UT1时间改正量ΔUT1；
根据所述J2000惯性系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000026
和所述J2000惯性系空间碎片地心位置向量
Figure BDA0002853852110000025
得到所述空间碎片的J2000惯性系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000027
根据所述仿真时刻、所述极移分量(xp,yp)和所述UT1时间改正量ΔUT1，将所述J2000惯性系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000028
转换得到站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000029
以及站心赤道坐标系下空间碎片赤经和赤纬；
根据所述站心赤道坐标系下空间碎片赤经和赤纬，得到所述空间碎片在站心地平坐标系下的空间碎片方位Ad和俯仰Ed；
根据所述空间碎片俯仰Ed以及预先设定的最低观测俯仰
Figure BDA0002853852110000031
及测距门限
Figure BDA0002853852110000032
判断空间碎片是否处于可见，当空间碎片是可见时，根据所述测距数据系统误差及随机误差、所述站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000033
得到空间碎片到测站的距离ρo，在所述距离ρo的数据基础上添加系统误差、随机误差、野值，生成所述空间碎片的测距仿真数据；
接收新的批量空间碎片的星历数据，并动态更新所述观测设备信息，动态更新观测计划，对接收到的星历数据中的空间碎片进行测距数据仿真，直到不再接收到新的空间碎片的星历数据。
在其中一个实施例中，还包括：动态获取空间碎片测距数据仿真中的观测设备信息，并动态设置系统误差及随机误差参数之后，动态载入空间碎片的观测计划数据，载入极移数据，实时接收批量空间碎片的星历数据，根据所述观测设备信息，得到观测设备的地固系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000034
所述观测设备信息包括观测设备的地理经纬度，天文经纬度，海拔高度，最低仰角，测距最大距离。
在其中一个实施例中，所述观测计划数据包括测站，碎片编号，观测起始时间和结束时间；按照所述观测起始时间对所述观测计划数据中的计划列表进行快速排序得到排序后的观测计划数据；实时接收批量空间碎片的星历数据，所述星历数据包括空间碎片的编号，仿真时刻，J2000惯性系下的地心位置及速度向量；根据所述编号和所述仿真时刻通过对半查找法在所述排序后的观测计划数据中快速检索，判断所述星历数据中包含的空间碎片是否在观测计划内，当所述空间碎片在观测计划内时，根据所述星历数据得到所述空间碎片的J2000惯性系空间碎片地心位置向量
Figure BDA0002853852110000035
在其中一个实施例中，还包括：动态获取空间碎片测距数据仿真中的观测设备信息，并动态设置系统误差及随机误差参数之后，动态载入空间碎片的观测计划数据，载入极移数据，实时接收批量空间碎片的星历数据，根据所述观测设备信息，得到观测设备的地固系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000041
为：
Figure BDA0002853852110000042
其中，
Figure BDA0002853852110000043
表示所述地固系测站地心位置向量；L,B分别表示所述观测设备的地理经纬度；H表示所述海拔高度；
Figure BDA0002853852110000044
P1＝2*P2-P2*P2，P2＝1.0/298.257e0，N,P1,P2为中间计算结果。
在其中一个实施例中，根据所述仿真时刻，将所述地固系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000045
转换成J2000惯性系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000046
为：
Figure BDA0002853852110000047
其中，
Figure BDA0002853852110000048
表示所述J2000惯性系测站地心位置向量；
Figure BDA0002853852110000049
表示所述地固系测站地心位置向量；
Figure BDA00028538521100000410
表示所述极移分量(xp,yp)的极移矩阵；
Figure BDA00028538521100000411
表示地球自转矩阵，其中S表示格林尼治恒星时；
Figure BDA00028538521100000416
表示岁差矩阵；w，
Figure BDA00028538521100000412
zA，θA为中间变量，分别为：
Figure BDA00028538521100000413
N＝Rx(-εA-Δε)Rz(-Δψ)Rx(εA)表示章动矩阵；其中，εA为黄经章动和Δε为交角章动；
T0为星表标准历元(通常为2000.0)；t＝(date-51544.5)/36525表示时间间隔；date＝MJD+T表示观测时刻(单位：天)。
在其中一个实施例中，还包括：根据所述空间碎片俯仰Ed以及预先设定的最低观测俯仰
Figure BDA00028538521100000414
及测距门限
Figure BDA00028538521100000415
判断空间碎片是否处于可见，包括：
当所述空间碎片俯仰以及预先设定的最低俯仰及测距门限满足关系
Figure BDA0002853852110000051
且
Figure BDA0002853852110000052
时，所述空间碎片是可见的；其中，Ed表示所述空间碎片俯仰；
Figure BDA0002853852110000053
表示所述预先设定的最低俯仰；
Figure BDA0002853852110000054
表示所述测距门限。
在其中一个实施例中，还包括：当空间碎片是可见时，根据所述测距数据系统误差及随机误差，根据所述站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000055
得到空间碎片到测站的距离ρo，在所述距离ρo的数据基础上添加系统误差、随机误差、野值，生成所述空间碎片的测距仿真数据ρd：
ρd＝ρo+SEρ+REρ
其中，ρd表示所述空间碎片测距结果值；
Figure BDA0002853852110000056
表示所述站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000057
对应的站心距离值，其中
Figure BDA0002853852110000058
x,y,z为
Figure BDA0002853852110000059
的三维坐标值；SEρ表示所述系统误差；REρ表示所述随机误差。
上述空间碎片测距数据仿真方法，通过载入的观测设备信息数据、输入设备的系统误差和随机误差、接收及载入观测设备的观测计划数据，将实时接收的J2000惯性坐标系下的空间碎片位置和速度等信息，转换为J2000惯性系下的空间碎片站心位置，并根据J2000惯性系下的空间碎片站心位置得到空间碎片在站心赤道坐标系下的赤经和赤纬，得到空间碎片在站心地平坐标系下的空间碎片方位Ad和俯仰Ed，并判断空间碎片是否可见，再根据系统误差及随机误差参数，在空间碎片站心位置的基础上添加系统误差、随机误差、野值，生成空间碎片测距仿真数据。本方法通过载入观测计划数据，可以有计划地对空间碎片进行观测，并且仿真过程中保证了仿真环境与真实观测环境的一致性，提高了测距数据的仿真效率。通过添加系统误差、随机误差、野值，使得生成的空间碎片测距仿真数据更接近实测测距数据。测距仿真数据可用于编目定轨仿真、目标匹配、目标关联、碰撞预警、空间碎片轨道演化等分析。
附图说明
图1为一个实施例中空间碎片测距数据仿真方法的流程示意图；
图2为一个具体实施例中空间碎片测距数据仿真方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的空间碎片测距数据仿真方法，可以应用于如下应用环境中。根据载入的观测设备信息数据、输入设备的系统差和随机差、接收及载入观测设备的观测计划数据，将实时接收的J2000惯性坐标系下的空间碎片位置和速度等信息，转换为J2000惯性系下的空间碎片站心位置，并根据J2000惯性系下的空间碎片站心位置得到空间碎片在真赤道真春分点坐标系下的赤经和赤纬，再根据系统差及随机差参数，在空间碎片赤经和赤纬的基础上添加系统误差、随机误差、野值，生成空间碎片测距仿真数据。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种空间碎片测距数据仿真方法，包括以下步骤：
步骤102，动态获取空间碎片测距数据仿真中的观测设备信息，并动态设置系统误差及随机误差参数之后，动态载入空间碎片的观测计划数据，载入极移数据，实时接收批量空间碎片的星历数据，根据观测设备信息，得到观测设备的地固系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000061
地固坐标系定义：原点为地心，基本平面为与地心和CIO平极连线正交之平面，X轴方向为基本平面于格林尼治子午面的交线方向。地固系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000062
中，R表示测站，上标F表示地固坐标系，e表示地心原点。
观测计划数据中包括测站，碎片编号，观测起始时间和结束时间等信息。现有技术中，在进行空间碎片测距仿真时，对接收到的所有星历数据都进行仿真，也无法对测站信息进行设置，导致空间碎片测距仿真环境与真实观测环境并不一致。本发明通过动态载入观测计划数据，明确了所要观测的空间碎片，提高了仿真的针对性和有效性；并根据观测计划以及动态获取的观测设备信息设置仿真环境，使仿真环境与真实观测环境保持一致，提高了仿真结果的准确性；还可以对观测计划数据进行初步分析，在进行仿真时，提高整体仿真的运行速度。
步骤104，实时接收批量空间碎片的星历数据，星历数据包括空间碎片的编号，仿真时刻，J2000惯性系下的地心位置及速度向量；根据编号和仿真时刻判断空间碎片是否在观测计划内，当空间碎片在观测计划内时，根据星历数据得到空间碎片的J2000惯性系空间碎片地心位置向量
Figure BDA0002853852110000071
历元惯性坐标系定义：原点地心或者站心，基本平面为历元平赤道，X轴方向为历元平春分点方向，本文中历元为2000.0。实时接收批量空间碎片的星历数据，即一次性接收多量星历数据，可以加快数据处理速度。J2000惯性系空间碎片地心位置向量
Figure BDA0002853852110000072
中，r表示空间碎片，G表示表示J2000惯性坐标系，e表示地心原点。
步骤106，根据仿真时刻，将地固系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000073
转换成J2000惯性系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000074
J2000惯性系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000075
中，R表示测站，G表示表示J2000惯性坐标系，e表示地心。
步骤108，根据仿真时刻和极移数据，通过插值计算得到仿真时刻的极移分量(xp,yp)、UT1时间改正量ΔUT1。
步骤110，根据J2000惯性系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000076
和J2000惯性系空间碎片地心位置向量
Figure BDA0002853852110000077
得到空间碎片的J2000惯性系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000078
J2000惯性系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000079
中，r表示空间碎片，G表示J2000惯性坐标系，o表示站心原点；平赤经
Figure BDA00028538521100000710
中，G表示J2000惯性坐标系，o表示站心原点，α表示赤经；平赤纬
Figure BDA00028538521100000711
中，G表示J2000惯性坐标系，o表示站心原点，δ表示赤纬。
步骤112，根据仿真时刻、极移分量(xp,yp)和UT1时间改正量ΔUT1，将J2000惯性系空间碎片站心位置向量
Figure BDA00028538521100000712
转换得到站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000081
以及站心赤道坐标系下空间碎片赤经和赤纬。
站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000082
中，r表示空间碎片，T表示站心赤道坐标系，o表示站心原点。
步骤114，根据站心赤道坐标系下空间碎片赤经和赤纬，得到空间碎片在站心地平坐标系下的空间碎片方位Ad和俯仰Ed。
空间碎片方位Ad和俯仰Ed中，A表示方位，E表示俯仰，d表示空间碎片的方位俯仰信息，根据天体赤经和赤纬信息得到天体的方位和俯仰信息。
地平坐标系定义：原点为站心，基本平面为过测站观测点与地球参考椭球体相切的平面，X轴方向为北点方向。
步骤116，根据空间碎片俯仰Ed以及预先设定的最低观测俯仰
Figure BDA0002853852110000083
及测距门限
Figure BDA0002853852110000084
判断空间碎片是否处于可见，当空间碎片是可见时，根据测距数据系统误差及随机误差、站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000085
得到空间碎片到测站的距离ρo，在得到空间碎片到测站的距离，在所述距离距离ρo的数据基础上添加系统误差、随机误差、野值，生成空间碎片的测距仿真数据。
Figure BDA0002853852110000086
中，E表示门限值，d表示空间碎片对应的最低观测俯仰信息，
Figure BDA0002853852110000087
表示测距门限，当空间碎片是可见时，根据系统误差及随机误差参数，站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000088
的数据基础上添加系统误差、随机误差、野值，生成空间碎片的测距仿真数据。野值为超过统计规律的异常值，是将根据站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量计算的距离数据中的一些值用随机生成的野值直接替换。
步骤118，接收新的批量空间碎片的星历数据，并动态更新观测设备信息，动态更新观测计划，对接收到的星历数据中的空间碎片进行测距数据仿真，直到不再接收到新的空间碎片的星历数据。
由于真实观测的观测设备有可能出现故障，在仿真的时候，也应该注意观测设备信息的更新。当观测设备不可用时，仿真系统中应该将故障设备排除，只用可用的设备数据进行仿真，保证仿真环境与真实观测环境的一致，从而保证测距数据仿真结果的可靠性及仿真度。
上述空间碎片测距数据仿真方法中，通过载入的观测设备信息数据、输入设备的系统误差和随机误差、接收及载入观测设备的观测计划数据，将实时接收的J2000惯性坐标系下的空间碎片位置和速度等信息，转换为J2000惯性系下的空间碎片站心位置，并根据J2000惯性系下的空间碎片站心位置得到空间碎片在站心赤道坐标系下的赤经和赤纬，得到空间碎片在站心地平坐标系下的空间碎片方位Ad和俯仰Ed，并判断空间碎片是否可见，再根据系统误差及随机误差参数，在空间碎片站心位置的基础上添加系统误差、随机误差、野值，生成空间碎片测距仿真数据。本方法通过载入观测计划数据，可以有计划地对空间碎片进行观测，并且仿真过程中保证了仿真环境与真实观测环境的一致性，提高了测距数据的仿真效率。通过添加系统误差、随机误差、野值，使得生成的空间碎片测距仿真数据更接近实测测距数据。测距仿真数据可用于编目定轨仿真、目标匹配、目标关联、碰撞预警、空间碎片轨道演化等分析。
在其中一个实施例中，还包括：动态获取空间碎片测距数据仿真中的观测设备信息，并动态设置系统误差及随机误差参数之后，动态载入空间碎片的观测计划数据，载入极移数据，实时接收批量空间碎片的星历数据，根据观测设备信息，得到观测设备的地固系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000091
观测设备信息包括观测设备的地理经纬度，天文经纬度，海拔高度，最低仰角，测距最大距离。
在其中一个实施例中，观测计划数据包括测站，碎片编号，观测起始时间和结束时间；按照观测起始时间对观测计划数据中的计划列表进行快速排序得到排序后的观测计划数据；实时接收批量空间碎片的星历数据，星历数据包括空间碎片的编号，仿真时刻，J2000惯性系下的地心位置及速度向量；根据编号和仿真时刻通过对半查找法在排序后的观测计划数据中快速检索，判断星历数据中包含的空间碎片是否在观测计划内，当空间碎片在观测计划内时，根据星历数据得到空间碎片的J2000惯性系空间碎片地心位置向量
Figure BDA0002853852110000092
在其中一个实施例中，还包括：动态获取空间碎片测距数据仿真中的观测设备信息，并动态设置系统误差及随机误差参数之后，动态载入空间碎片的观测计划数据，载入极移数据，实时接收批量空间碎片的星历数据，根据观测设备信息，得到观测设备的地固系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000101
为：
Figure BDA0002853852110000102
其中，
Figure BDA0002853852110000103
表示地固系测站地心位置向量；L,B分别表示观测设备的地理经纬度；H表示海拔高度；
Figure BDA0002853852110000104
P1＝2*P2-P2*P2，P2＝1.0/298.257e0，N,P1,P2为中间计算结果。
在其中一个实施例中，根据仿真时刻，将地固系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000105
转换成J2000惯性系测站地心位置向量
Figure BDA0002853852110000106
为：
Figure BDA0002853852110000107
其中，
Figure BDA0002853852110000108
表示J2000惯性系测站地心位置向量；
Figure BDA0002853852110000109
表示地固系测站地心位置向量；
Figure BDA00028538521100001010
表示极移分量(xp,yp)的极移矩阵；
Figure BDA00028538521100001011
表示地球自转矩阵，其中S表示格林尼治恒星时；
Figure BDA00028538521100001012
表示岁差矩阵；w，
Figure BDA00028538521100001013
zA，θA为中间变量，分别为：
Figure BDA00028538521100001014
N＝Rx(-εA-Δε)Rz(-Δψ)Rx(εA)表示章动矩阵；其中，εA为黄经章动和Δε为交角章动；
T0为星表标准历元(通常为2000.0)；t＝(date-51544.5)/36525表示时间间隔；date＝MJD+T表示观测时刻(单位：天)。
在其中一个实施例中，还包括：根据空间碎片俯仰Ed以及预先设定的最低观测俯仰
Figure BDA0002853852110000111
及测距门限
Figure BDA0002853852110000112
判断空间碎片是否处于可见，包括：
当空间碎片俯仰以及预先设定的最低俯仰及测距门限满足关系
Figure BDA0002853852110000113
且
Figure BDA0002853852110000114
时，空间碎片是可见的；其中，Ed表示空间碎片俯仰；
Figure BDA0002853852110000115
表示预先设定的最低俯仰；
Figure BDA0002853852110000116
表示测距门限。
在其中一个实施例中，还包括：当空间碎片是可见时，根据测距数据系统误差及随机误差，在站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000117
的数据基础上添加系统误差、随机误差、野值，生成空间碎片的测距仿真数据ρd：
ρd＝ρo+SEρ+REρ
其中，ρd表示空间碎片测距结果值；
Figure BDA0002853852110000118
表示站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000119
对应的站心距离值，其中
Figure BDA00028538521100001110
x,y,z为
Figure BDA00028538521100001111
的三维坐标值；SEρ表示系统误差；REρ表示随机误差。
系统误差、随机误差和野值都是真实观测过程中无法避免的，将误差信息加入测距数据的仿真结果，保证仿真值与真实观测值的一致性。
在一个具体实施例中，如图2所示，空间碎片测距数据仿真方法包括以下步骤：
S1：观测设备信息数据载入；包括：观测设备的地理经纬度(λG,φG)，天文经纬度(λA,φA)，海拔高度H，最低仰角
Figure BDA00028538521100001112
测距最大距离
Figure BDA00028538521100001113
S2：极移数据载入；包括：每天对应约简儒略日MJD、极移分量(xp,yp)、UT1时间改正量ΔUT1，共计N天的极移数据。
S3：测距数据系统差及随机差参数设置。
S4：观测计划载入，包括：测站，碎片编号，观测起始时间和结束时间。
S5：J2000惯性系下空间碎片星历数据，地心位置向量
Figure BDA00028538521100001114
速度向量
Figure BDA00028538521100001115
S6：判断设备状态是否更新。
S7：判断是否有新观测计划。
S8：地固坐标系和J2000惯性坐标系相互转换；将测站坐标对应地固坐标系下的地心位置向量
Figure BDA0002853852110000121
转换到J2000惯性坐标系下的地心位置向量
Figure BDA0002853852110000122
S9：根据观测站在J2000惯性坐标系下的地心位置向量
Figure BDA0002853852110000123
空间碎片在J2000惯性坐标系下地心位置向量
Figure BDA0002853852110000124
计算空间碎片在J2000惯性坐标系下站心位置向量
Figure BDA0002853852110000125
从而转换得到站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure BDA0002853852110000126
以及站心赤道坐标系下空间碎片赤经和赤纬。
S10：计算空间碎片在站心地平坐标系下的方位和俯仰(Ad,Ed)。根据给定的最低俯仰及测距门限判断空间碎片是否处于可见。
S11：若空间碎片相对于测站是处于可见，则添加随机误差、系统误差、野值。
S12：则输出空间碎片的测距资料。
进一步的实施例中，重复S5到S12，直至没有空间碎片星历数据的输入。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

Claims (7)

1.一种空间碎片测距数据仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
动态获取空间碎片测距数据仿真中的观测设备信息，并动态设置系统误差及随机误差参数之后，动态载入空间碎片的观测计划数据，载入极移数据，实时接收批量空间碎片的星历数据，根据所述观测设备信息，得到观测设备的地固系测站地心位置向量
Figure FDA0004135361260000011
实时接收批量空间碎片的星历数据，所述星历数据包括空间碎片的编号，仿真时刻，J2000惯性系下的地心位置及速度向量；根据所述编号和所述仿真时刻判断所述空间碎片是否在观测计划内，当所述空间碎片在观测计划内时，根据所述星历数据得到所述空间碎片的J2000惯性系空间碎片地心位置向量
Figure FDA0004135361260000012
根据所述仿真时刻，将所述地固系测站地心位置向量
Figure FDA0004135361260000013
转换成J2000惯性系测站地心位置向量
Figure FDA0004135361260000014
根据所述仿真时刻和所述极移数据，通过插值计算得到所述仿真时刻的极移分量(xp,yp)、UT1时间改正量ΔUT1；
根据所述J2000惯性系测站地心位置向量
Figure FDA0004135361260000015
和所述J2000惯性系空间碎片地心位置向量
Figure FDA0004135361260000016
得到所述空间碎片的J2000惯性系空间碎片站心位置向量
Figure FDA0004135361260000017
根据所述仿真时刻、所述极移分量(xp,yp)和所述UT1时间改正量ΔUT1，将所述J2000惯性系空间碎片站心位置向量
Figure FDA0004135361260000018
转换得到站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure FDA0004135361260000019
以及站心赤道坐标系下空间碎片赤经和赤纬；
根据所述站心赤道坐标系下空间碎片赤经和赤纬，得到所述空间碎片在站心地平坐标系下的空间碎片方位Ad和俯仰Ed；
根据所述空间碎片俯仰Ed以及预先设定的最低观测俯仰
Figure FDA00041353612600000110
及测距门限
Figure FDA00041353612600000111
判断空间碎片是否处于可见，当空间碎片是可见时，根据所述测距数据系统误差及随机误差、所述站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure FDA00041353612600000112
得到空间碎片到测站的距离ρo，在所述距离ρo的数据基础上添加系统误差、随机误差、野值，生成所述空间碎片的测距仿真数据；
接收新的批量空间碎片的星历数据，并动态更新所述观测设备信息，动态更新观测计划，对接收到的星历数据中的空间碎片进行测距数据仿真，直到不再接收到新的空间碎片的星历数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动态获取空间碎片测距数据仿真中的观测设备信息，并动态设置系统误差及随机误差参数之后，动态载入空间碎片的观测计划数据，载入极移数据，实时接收批量空间碎片的星历数据，根据所述观测设备信息，得到观测设备的地固系测站地心位置向量
Figure FDA0004135361260000021
包括：
动态获取空间碎片测距数据仿真中的观测设备信息，并动态设置系统误差及随机误差参数之后，动态载入空间碎片的观测计划数据，载入极移数据，实时接收批量空间碎片的星历数据，根据所述观测设备信息，得到观测设备的地固系测站地心位置向量
Figure FDA0004135361260000022
所述观测设备信息包括观测设备的地理经纬度，天文经纬度，海拔高度，最低仰角，测距最大距离。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述观测计划数据包括测站，碎片编号，观测起始时间和结束时间；
实时接收批量空间碎片的星历数据，所述星历数据包括空间碎片的编号，仿真时刻，J2000惯性系下的地心位置及速度向量；根据所述编号和所述仿真时刻判断所述空间碎片是否在观测计划内，当所述空间碎片在观测计划内时，根据所述星历数据得到所述空间碎片的J2000惯性系空间碎片地心位置向量
Figure FDA0004135361260000023
包括：
按照所述观测起始时间对所述观测计划数据中的计划列表进行快速排序得到排序后的观测计划数据；
实时接收批量空间碎片的星历数据，所述星历数据包括空间碎片的编号，仿真时刻，J2000惯性系下的地心位置及速度向量；根据所述编号和所述仿真时刻通过对半查找法在所述排序后的观测计划数据中快速检索，判断所述星历数据中包含的空间碎片是否在观测计划内，当所述空间碎片在观测计划内时，根据所述星历数据得到所述空间碎片的J2000惯性系空间碎片地心位置向量
Figure FDA0004135361260000031
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动态获取空间碎片测距数据仿真中的观测设备信息，并动态设置系统误差及随机误差参数之后，动态载入空间碎片的观测计划数据，载入极移数据，实时接收批量空间碎片的星历数据，根据所述观测设备信息，得到观测设备的地固系测站地心位置向量
Figure FDA0004135361260000032
包括：
动态获取空间碎片测距数据仿真中的观测设备信息，并动态设置系统误差及随机误差参数之后，动态载入空间碎片的观测计划数据，载入极移数据，实时接收批量空间碎片的星历数据，根据所述观测设备信息，得到观测设备的地固系测站地心位置向量
Figure FDA0004135361260000033
为：
Figure FDA0004135361260000034
其中，
Figure FDA0004135361260000035
表示所述地固系测站地心位置向量；L,B分别表示所述观测设备的地理经纬度；H表示海拔高度；
Figure FDA0004135361260000036
P1＝2*P2-P2*P2，P2＝1.0/298.257e0，N,P1,P2为中间计算结果。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述仿真时刻，将所述地固系测站地心位置向量
Figure FDA0004135361260000037
转换成J2000惯性系测站地心位置向量
Figure FDA0004135361260000038
包括：
根据所述仿真时刻，将所述地固系测站地心位置向量
Figure FDA0004135361260000039
转换成J2000惯性系测站地心位置向量
Figure FDA00041353612600000310
为：
Figure FDA00041353612600000311
其中，
Figure FDA00041353612600000312
表示所述J2000惯性系测站地心位置向量；
Figure FDA00041353612600000313
表示所述地固系测站地心位置向量；
Figure FDA0004135361260000041
表示所述极移分量(xp,yp)的极移矩阵；
Figure FDA0004135361260000042
表示地球自转矩阵，其中S表示格林尼治恒星时；
Figure FDA0004135361260000043
表示岁差矩阵；w，
Figure FDA0004135361260000044
zA，θA为中间变量，分别为：
Figure FDA0004135361260000045
N＝Rx(-εA-Δε)Rz(-Δψ)Rx(εA)表示章动矩阵；其中，εA为黄经章动和Δε为交角章动；
T0为星表标准历元(通常为2000.0)；t＝(date-51544.5)/36525表示时间间隔；date＝MJD+T表示观测时刻(单位：天)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述空间碎片俯仰Ed以及预先设定的最低观测俯仰
Figure FDA0004135361260000046
及测距门限
Figure FDA0004135361260000047
判断空间碎片是否处于可见，包括：
当所述空间碎片俯仰以及预先设定的最低俯仰及测距门限满足关系
Figure FDA0004135361260000048
且
Figure FDA0004135361260000049
时，所述空间碎片是可见的；其中，Ed表示所述空间碎片俯仰；
Figure FDA00041353612600000410
表示所述预先设定的最低俯仰；
Figure FDA00041353612600000411
表示所述测距门限。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于,所述当空间碎片是可见时，根据所述测距数据系统误差及随机误差，根据所述站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure FDA00041353612600000412
得到空间碎片到测站的距离ρo，在所述距离ρo的数据基础上添加系统误差、随机误差、野值，生成所述空间碎片的测距仿真数据，包括：
当空间碎片是可见时，根据所述测距数据系统误差及随机误差，根据所述站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure FDA00041353612600000413
得到空间碎片到测站的距离ρo，在所述距离ρo的数据基础上添加系统误差、随机误差、野值，生成所述空间碎片的测距仿真数据ρd：
ρd＝ρo+SEρ+REρ
其中，ρd表示所述空间碎片测距结果值；
Figure FDA0004135361260000051
表示所述站心赤道坐标系空间碎片站心位置向量
Figure FDA0004135361260000052
对应的站心距离值，其中
Figure FDA0004135361260000053
x,y,z为
Figure FDA0004135361260000054
的三维坐标值；SEρ表示所述系统误差；REρ表示所述随机误差。
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