JP7411671B2 - レーダー断面統計から宇宙物体の姿勢安定性を決定するためのシステム、デバイス、および方法 - Google Patents
レーダー断面統計から宇宙物体の姿勢安定性を決定するためのシステム、デバイス、および方法 Download PDFInfo
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Description
本開示の一部は、著作権保護の対象となる素材を含む。本文献はUSPTOレコードに表示されるため、この著作権の所有者は、本文献の誰による複製にも異議を唱えないが、それ以外の場合は、何であれすべての著作権を留保する。
本特許出願は、2019年2月27日に提出された米国仮特許出願第62/811,373号に対する優先権の利益を主張する、2019年9月18日に提出された米国特許出願第16/574,464号に対する優先権の利益を主張し、これらの各々は、あらゆる目的のために、参照により本明細書に組み込まれる。
宇宙状況把握(SSA)の要件は、RSOの特性評価である。RSOの特性は、それらの姿勢安定性である。具体的には、RSOが制御された安定した姿勢を有するか、または転倒もしくは不規則な姿勢を有するかについて、分類学的な関心が寄せられている。さらに、RSOの姿勢安定性の変化を追跡することで、ペイロードシステムの無効化または有効化、RSO断片化、またはそれ以外の原因による、そのRSOの特性の軌道上変化の検出が可能になる。
RCS統計を介してRSOの姿勢安定性を特性評価することが所望されている。この技法では、姿勢安定化RSOは、軌道フレームに対して姿勢がほぼ一定であるRSOとして定義することができる。この技法は、異なるアスペクト角から見たときに、RSOのRCS値の平均値または中央値が異なることを前提としている。
SIに基づいてRSOを分類することは簡単ではない。RCS測定の統計的性質による混乱を最小限に抑えながら、RSO挙動の変化に対応する分類を設計する際に競合する懸念のバランスを取る。これは、分類アルゴリズムをトレーニングするための参照データの量が限られている可能性があるという事実によってさらに複雑になる。
4.1 TDS-1デオービットセイルの配備
TechDemoSat-1(TDS-1、NORAD ID 40076)は、Surrey Satellite Technology Ltd.が主導するコンソーシアムによって構築された姿勢制御衛星である。これは、デオービットセイル(DOS)を含む多種多様な技術実証ペイロードを含む。DOSは2019年4月24日に配備された。
Iridium Communicationは、地球規模の電気通信サービスのために約200個の衛星を打ち上げた。それらの元々の集団は1997年から2002年の間に打ち上げられ、より新しい集団(Iridium NEXTと呼ばれる)が2017年から2019年の間に打ち上げられた。この開示において特に興味深いことは、2つの集団の物理的形状が大幅に異なることである。
レーダー(例えば、LeoLabsレーダー)は、CSpoCによってロケット本体として分類される、低軌道の700個を超えるRSOを追跡することができる。これらは通常、ペイロードを送達した後に軌道上に残された車両の上段である。多くは数十年にわたって軌道に存在している。
1962年以来、ソビエト連邦およびロシア連邦は、Cosmosという名称で2500個を超える衛星を打ち上げてきた。これらの衛星には、多種多様な目的および軌道がある。その後、衛星の多くは非アクティブになったが、軌道上にとどまっている。単純には、非アクティブな衛星は最終的に転倒運動の状態に入ると予測され得る。ただし、Cosmos衛星の多くは受動的重力勾配安定化を使用していた。これらの衛星の重力勾配ブームが無傷のままであると仮定すると、古いCosmos衛星の多くは姿勢が安定し続けている可能性が高い。
本開示に示されている結果のいくつかは、単一のレーダー基地からのRCSデータを使用している。この分析は、他のレーダー基地からのRCSデータを追加することで強化することができる。そのため、本技法の性能は、少なくとも2つのメカニズム、すなわち、RCS測定数の増加および異なる周波数におけるRCS測定によって向上すると予測される。
RCS測定を使用して、SIを介してRSOの姿勢安定性を特性評価する技法が実証された。データ特性評価およびモンテカルロシミュレーションの注意深いプロセスを通じて、このSIにいくつかの閾値を適用することに成功した。これにより、データセット内のRSOを安定化分類によってラベル付けすることができるようになった。
Claims (34)
- 方法であって、
プロセッサを介して、ある視野を有するレーダーから宇宙物体の複数のRCS測定値を受信することであって、前記RCS測定値が、前記視野への前記宇宙物体の複数回の通過から取得される、受信することと、
前記プロセッサを介して、前記宇宙物体が前記レーダーに対して第1の仰角において前記視野内にあるときの前記RCS測定値に基づく第1の予測RCS値、および、前記宇宙物体が前記レーダーに対して第2の仰角において前記視野内にあるときの前記RCS測定値に基づく第2の予測RCS値を推定することであって、前記第1の仰角が前記第2の仰角よりも大きい、推定することと、
前記プロセッサを介して、前記第1の予測RCS値および前記第2の予測RCS値に基づいてSIを決定することと、
前記宇宙物体が前記第1の仰角または前記第2の仰角において前記視野内にあるときに、前記プロセッサを介して前記レーダーからRCS測定値を受信することであって、前記RCS測定値が、前記SIが決定された後に受信される、受信することと、
スライド可能にウィンドウ処理されている前記RCS測定値に基づいて前記SIが更新された後、前記プロセッサを介して、前記SIをFSMに入力することであって、前記FSMが、複数の状態の間で前記宇宙物体を追跡する、入力することと、
前記プロセッサを介して、前記状態のうちの1つにおいて検出された変化に基づいてアクションを実行することと、を含む、方法。 - 前記レーダーがフェーズドアレイレーダーである、請求項1に記載の方法。
- 前記状態が、姿勢安定状態および不確定状態を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記FSMが、前記SIが更新された後の前記SIと、振幅閾値または時間ベースの閾値のうちの少なくとも一方との間の比較を介して、前記状態間を遷移する、請求項1に記載の方法。
- 前記比較が、前記SIが更新された後の前記SIと、前記振幅閾値との間で行われる、請求項4に記載の方法。
- 前記比較が、前記SIが更新された後の前記SIと、前記時間ベースの閾値との間で行われる、請求項4に記載の方法。
- 前記比較が、前記SIが更新された後の前記SIと、前記振幅閾値および前記時間ベースの閾値の両方との間で行われる、請求項4に記載の方法。
- 前記FSMが、前記SIが更新される前の前記SIと、振幅閾値または時間ベースの閾値のうちの少なくとも一方との間の比較を介して、前記状態間を遷移する、請求項1に記載の方法。
- 前記比較が、前記SIが更新される前の前記SIと、前記振幅閾値との間で行われる、請求項8に記載の方法。
- 前記比較が、前記SIが更新される前の前記SIと、前記時間ベースの閾値との間で行われる、請求項8に記載の方法。
- 前記比較が、前記SIが更新される前の前記SIと、前記振幅閾値および前記時間ベースの閾値の両方との間で行われる、請求項8に記載の方法。
- 前記FSMが、前記SIが更新された後の前記SI、前記SIが更新される前の前記SI、振幅閾値、および時間ベースの閾値の間の比較を介して、前記状態間を遷移する、請求項1に記載の方法。
- 前記FSMが、ランダムサンプリングシミュレーションアルゴリズムを介して調整される複数の閾値を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ランダムサンプリングシミュレーションアルゴリズムが、モンテカルロシミュレーションを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記状態のうちの1つが、姿勢安定状態であり、前記変化が、前記姿勢安定状態において検出される、請求項1に記載の方法。
- 前記アクションが、前記変化に関連付けられるソフトウェアイベントをトリガすることを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記ソフトウェアイベントが、前記プロセッサに関連付けられるフロントエンドAPIを介してアクセス可能である、請求項16に記載の方法。
- 前記宇宙物体が、展開される複数の光起電性パネルを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記宇宙物体が、非球形である、請求項1に記載の方法。
- 前記宇宙物体が前記第1の仰角において前記視野内にあるときに、前記RCS測定値が、前記レーダーを介して測定される、請求項1に記載の方法。
- 前記宇宙物体が前記第2の仰角において前記視野内にあるときに、前記RCS測定値が、前記レーダーを介して測定される、請求項1に記載の方法。
- 前記アクションが、前記プロセッサを介して、姿勢操縦可能な宇宙物体の識別に関与することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記宇宙物体が、前記姿勢操縦可能な宇宙物体である、請求項22に記載の方法。
- 前記レーダーが、複数のレーダー基地を含むレーダーネットワークのものである、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも2つの前記基地が、地上にあり、異なる場所にある、請求項24に記載の方法。
- 前記レーダー基地の各々が、フェーズドアレイレーダーを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記SIが第1のSIであり、前記アクションが、前記プロセッサを介して、前記第1のSIが基準に基づいて第2のSIと十分に類似していることに基づいて、前記宇宙物体を宇宙物体の集団に関連付けることを含み、前記宇宙物体の集団の少なくとも1つのメンバが、前記第2のSIに関連付けられる、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の予測RCS値が、中央値である、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の予測RCS値が、平均値である、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の予測RCS値が、中央値である、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の予測RCS値が、平均値である、請求項1に記載の方法。
- 前記SIが、前記第1の予測RCSと前記第2の予測RCS値との比に基づく、請求項1に記載の方法。
- 前記SIが、前記比の対数に基づく、請求項32に記載の方法。
- システムであって、
サーバを備え、前記サーバが、
ある視野を有するレーダーから宇宙物体の複数のRCS測定値を受信することであって、前記RCS測定値が、前記視野への前記宇宙物体の複数回の通過から取得される、受信することと、
前記宇宙物体が前記レーダーに対して第1の仰角において前記視野内にあるときの前記RCS測定値に基づく第1の予測RCS値、および、前記宇宙物体が前記レーダーに対して第2の仰角において前記視野内にあるときの前記RCS測定値に基づく第2の予測RCS値を推定することであって、前記第1の仰角が前記第2の仰角よりも大きい、推定することと、
前記第1の予測RCS値および前記第2の予測RCS値に基づいてSIを決定することと、
前記宇宙物体が前記第1の仰角または前記第2の仰角において前記視野内にあるときに、前記レーダーからRCS測定値を受信することであって、前記RCS測定値が、前記SIが決定された後に受信される、受信することと、
スライド可能にウィンドウ処理されている前記RCS測定値に基づいて前記SIが更新された後、前記SIをFSMに入力することであって、前記FSMが、複数の状態の間で前記宇宙物体を追跡する、入力することと、
前記状態のうちの1つにおいて検出された変化に基づいてアクションを実行することと、を行うようにプログラムされている、システム。
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