RU2531433C1 - Method to determine parameters of space object orbit - Google Patents

Method to determine parameters of space object orbit Download PDF

Info

Publication number
RU2531433C1
RU2531433C1 RU2013132661/11A RU2013132661A RU2531433C1 RU 2531433 C1 RU2531433 C1 RU 2531433C1 RU 2013132661/11 A RU2013132661/11 A RU 2013132661/11A RU 2013132661 A RU2013132661 A RU 2013132661A RU 2531433 C1 RU2531433 C1 RU 2531433C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spacecraft
time
space object
plane
earth
Prior art date
Application number
RU2013132661/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Михайлович Иванов
Николай Леонидович Соколов
Виктор Григорьевич Козлов
Павел Александрович Захаров
Юрий Александрович Карцев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш)
Priority to RU2013132661/11A priority Critical patent/RU2531433C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2531433C1 publication Critical patent/RU2531433C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the methods of detection of orbits of space objects (SO), for instance, space rubbish, on-board facilities of a spacecraft (SC). The method consists in calculation of a focal parameter, true anomaly, eccentricity and inclination of the orbit of the SO of interest by analytical formulas based on laws of Keller motion. Calculations are carried out without use of iteration procedures, on the basis of detection of distances between SO and SC and certain angles in serial moments of time. This source data is produced by processing of SO images on board of a SC, produced with the help of a binocular system of optical sensors and CCD matrices.
EFFECT: increased efficiency of detection of SO orbits on board of a SC and thus safety of SC flights.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области космонавтики, а именно к определению параметров орбиты космического объекта (КО), например, космического мусора, бортовыми средствами космического аппарата (КА). The invention relates to the field of astronautics, namely to determining the parameters of the orbit of a space object (KO), for example, space debris, by the onboard means of the spacecraft (KA).

Изобретение может быть использовано при обеспечении безопасности полетов КА путем обнаружения и точного определения средствами бортового комплекса параметров движения потенциально опасных КО, оценки динамики сближений КА и КО и определения необходимости выработки импульса корректирующего маневра уклонения КА от КО.The invention can be used to ensure the safety of spacecraft flights by detecting and accurately determining the motion parameters of potentially dangerous spacecraft by the on-board complex, assessing the dynamics of the spacecraft and spacecraft approaching and determining the need to generate an impulse for the corrective maneuver of spacecraft evasion from spacecraft.

Известен «Способ определения параметров орбиты космического аппарата» патент RU №2150414, опубликовано 10.06.2000 - (Д1), заключающийся в выполнении измерений траекторных параметров, передаче на комплекс управления совокупности измеренных значений траекторных параметров с последующим их накоплением и обработкой по методу наименьших квадратов. Причем после окончания итерационного процесса исключают отдельные аномальные значения, корректируют точность измерений обрабатываемых траекторных параметров, после чего циклически повторяют обработку до ее завершения и получения оптимальной оценки орбитальных параметров движения КА в зоне измерений выполненного сеанса связи. Основным недостатком способа является низкая оперативность траекторных измерений параметров космического объекта и, следовательно, расчета орбитальных данных из-за ограничения зон радиовидимости объекта наземными средствами и циклического повторения обработки вычислений.The well-known "Method for determining the parameters of the orbit of a spacecraft" patent RU No. 2150414, published 06/10/2000 - (D1), which consists in measuring the trajectory parameters, transferring to the control complex the totality of the measured values of the trajectory parameters with their subsequent accumulation and processing using the least squares method. Moreover, after the end of the iterative process, separate anomalous values are excluded, the accuracy of the measurements of the processed path parameters is corrected, and then the processing is cyclically repeated until it is completed and the optimal estimation of the orbital parameters of the spacecraft motion in the measurement zone of the performed communication session is obtained. The main disadvantage of this method is the low efficiency of trajectory measurements of the parameters of a space object and, therefore, the calculation of orbital data due to the limitation of the radio visibility zones of the object by ground means and the cyclic repetition of processing calculations.

Известен «Параллактический способ определения координат объекта» патент RU №2027144, опубликовано 20.01.1995 - (Д2), основанный на применении бинокулярной системы оптических датчиков, разнесенных на базовое расстояние относительно друг друга и имеющих параллельные оптические оси. Технические средства, реализующие данный способ, описаны в источниках информации: «Распознавание в системах автоконтроля» / Шибанов Г.П., М.: Машиностроение, 1973, с.176-188 - (Д3); «Голографическое опознавание образов» / Василенко Г.И., М.: Советское радио, 1977, рис.4.21, с.282-283 - (Д4). Данный способ позволяет на основе измеренного параллактического смещения треков прохождения космических объектов, зафиксированных в ПЗС-матрицах (ПЗС-приборы с зарядовой связью) осуществлять определение расстояний - Δr (фиг.1) между космическим аппаратом и космическим объектом и угла - β (фиг.2, фиг.3) между плоскостью движения космического аппарата и направлением от космического аппарата до космического объекта. Основным недостатком способа является сравнительно низкое быстродействие при определении орбитальных параметров в связи с использованием вычислительных алгоритмов, связанных с необходимостью проведения итерационных расчетов при решении краевых задач.The well-known "Parallactic method for determining the coordinates of an object" patent RU No. 2027144, published 01/20/1995 - (D2), based on the use of a binocular system of optical sensors spaced at a basic distance relative to each other and having parallel optical axes. The technical means that implement this method are described in the information sources: “Recognition in auto-control systems” / Shibanov GP, M .: Mechanical Engineering, 1973, p.176-188 - (D3); “Holographic pattern identification” / G. Vasilenko, M.: Soviet Radio, 1977, fig. 4.21, p. 282-283 - (D4). This method allows on the basis of the measured parallactic displacement of the tracks of the passage of space objects recorded in CCDs (CCDs with charge coupling) to determine the distances - Δr (Fig. 1) between the spacecraft and the space object and the angle - β (Fig. 2 3) between the plane of motion of the spacecraft and the direction from the spacecraft to the space object. The main disadvantage of this method is the relatively low speed when determining orbital parameters in connection with the use of computational algorithms associated with the need for iterative calculations when solving boundary value problems.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является способ, описанный в научном журнале «Американского Института Аэронавтики и Астронавтики» (US) в публикации Mark Psiaki «Autonomous orbit determination for two spacecraft from relative position measurements)) за номером AIAA-98-4560, опубликовано 10.08.1998 - (Д5), его адрес в Интернете http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.1998-4560. В данном способе используют измерения расстояния и бокового смещения космического аппарата относительно второго космического аппарата, определение расстояний между которыми осуществляют с помощью лазерных дальномеров. По совокупности существенных признаков этот способ выбран в качестве прототипа к изобретению. Основным недостатком, ограничивающим применение данного способа, является обязательное наличие средств лазерной локации на обоих космических объектах.The closest set of essential features to the invention is the method described in the scientific journal "American Institute of Aeronautics and Astronautics" (US) in the publication Mark Psiaki "Autonomous orbit determination for two spacecraft from relative position measurements)) under the number AIAA-98-4560, published on 08/10/1998 - (D5), its Internet address is http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.1998-4560. This method uses measurements of the distance and lateral displacement of the spacecraft relative to the second spacecraft, the determination of the distances between which is carried out using laser rangefinders. In the aggregate of essential features, this method is selected as a prototype of the invention. The main disadvantage limiting the application of this method is the obligatory availability of laser location means on both space objects.

В изобретении данная проблема решена применением бинокулярной системы оптических датчиков, располагаемых на борту КА.In the invention, this problem is solved by using a binocular system of optical sensors located on board the spacecraft.

Сущность изобретения заключается в вычислении параметров орбиты космического объекта: фокального параметра - P(ti), истинной аномалии - ϑ(ti), эксцентриситета - e(ti) и наклонения орбиты - iко космического объекта в момент времени ti в соответствии с полученными аналитическим методом математическими зависимостями. При этом расчеты проводятся по полученным аналитическим формулам без использования итерационных вычислительных процессов. Исходной информацией являются определения абсолютной величины и ориентации вектора, соединяющего центр масс управляемого КА и положение КО.The essence of the invention is to calculate the parameters of the orbit of a space object: the focal parameter - P (t i ), the true anomaly - ϑ (t i ), the eccentricity - e (t i ) and the inclination of the orbit - i to the space object at time t i in accordance with mathematical dependencies obtained by the analytical method. Moreover, the calculations are carried out according to the obtained analytical formulas without using iterative computing processes. The initial information is the determination of the absolute value and orientation of the vector connecting the center of mass of the controlled spacecraft and the position of the spacecraft.

Также сущность заявленного способа определения параметров орбиты космического объекта заключается в определении на борту космического аппарата в моменты времени ti, где i=1, 2, 3, …, значений радиус-вектора, соединяющего центр Земли с местоположением космического аппарата - rка(ti), значений широты подспутниковых точек космического аппарата - φка(ti), значений расстояния между космическим аппаратом и космическим объектом - Δr(ti), значений угла между плоскостью движения космического аппарата и направлением от космического аппарата до космического объекта β(ti), при этом дополнительно определяют в моменты времени ti бортовыми оптическими датчиками угол между направлением от космического аппарата до космического объекта и местным горизонтом, лежащим в плоскости, образованной положениями космического аппарата, космического объекта и центром Земли - θ(ti), вычисляют значения радиус-вектора - rко(ti) космического объекта, соединяющего центр Земли с положением космического объекта в момент времени ti и угловое расстояние между текущими положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti - δr(ti) в соответствии с математическими зависимостями:Also, the essence of the claimed method for determining the parameters of the orbit of a space object is to determine on board the spacecraft at time t i , where i = 1, 2, 3, ..., the values of the radius vector connecting the center of the Earth with the location of the spacecraft - r ka (t i ), the values of the latitude of the satellite sub-satellite points - φ ka (t i ), the distance between the spacecraft and the space object - Δr (t i ), the angle between the plane of motion of the spacecraft and the direction from the spacecraft to the cosmos nical object β (t i), wherein the further determined at points in time t i-board optical sensors the angle between the direction from the spacecraft to the space object and the local horizon lying in the plane formed by the provisions of a spacecraft, a space object and the center of the Earth - θ ( t i), calculating a value of the radius vector - r to (t i) space object connecting center of the Earth to space position of the object at time t i and the angular distance between the current position of the spacecraft and braid nical object at time t i - δr (t i) in accordance with the mathematical relations:

r к о ( t i ) = r к а ( t i ) 2 + Δ r ( t i ) 2 2 r к а ( t i ) Δ r ( t i ) cos [ π 2 + θ ( t i ) ]

Figure 00000001
, r to about ( t i ) = r to but ( t i ) 2 + Δ r ( t i ) 2 - 2 r to but ( t i ) Δ r ( t i ) cos [ π 2 + θ ( t i ) ]
Figure 00000001
,

δ r ( t i ) = arcsin { Δ r ( t i ) r к о ( t i ) sin [ π 2 + θ ( t i ) ] }

Figure 00000002
, δ r ( t i ) = arcsin { Δ r ( t i ) r to about ( t i ) sin [ π 2 + θ ( t i ) ] }
Figure 00000002
,

где:Where:

rкa(ti) - радиус-вектор космического аппарата, соединяющий центр Земли с положением космического аппарата в момент времени ti;r кa (t i ) is the radius vector of the spacecraft connecting the center of the Earth with the position of the spacecraft at time t i ;

Δr(ti) - расстояние между центрами масс космического аппарата и космического объекта в момент времени ti;Δr (t i ) is the distance between the centers of mass of the spacecraft and the space object at time t i ;

θ(ti) - угол между направлением от космического аппарата до космического объекта и местным горизонтом, лежащим в плоскости, образованной положениями космического аппарата, космического объекта и центром Земли в момент времени ti;θ (t i ) is the angle between the direction from the spacecraft to the space object and the local horizon lying in the plane formed by the positions of the spacecraft, space object and the center of the Earth at time t i ;

δr(ti) - угловое расстояние между текущими положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti,δr (t i ) is the angular distance between the current positions of the spacecraft and the space object at time t i ,

вычисляют угловое расстояние между положениями космического объекта - Δν(ti, ti+1) для двух следующих друг за другом моментов времени измерений ti и ti+1 по формуле:calculate the angular distance between the positions of the space object - Δν (t i , t i + 1 ) for two successive measurement times t i and t i + 1 according to the formula:

Δν(ti,ti+1)=arccos[cosσ(ti)cosδr(ti+1)-sinσ(ti)sinδr(ti+1)cosα(ti)],Δν (t i , t i + 1 ) = arccos [cosσ (t i ) cosδr (t i + 1 ) -sinσ (t i ) sinδr (t i + 1 ) cosα (t i )],

где:Where:

σ(ti)=arccos[cosδr(ti)cosδrка(ti)-sinδr(ti)sinδrка(ti)cosβ(ti)];σ (t i ) = arccos [cosδr (t i ) cosδr ka (t i ) -sinδr (t i ) sinδr ka (t i ) cosβ (t i )];

α(ti)=π-β(ti+1)-δ(ti);α (t i ) = π-β (t i + 1 ) -δ (t i );

δ ( t i ) = arcsin [ sin δ ( t i ) r ( t i ) sin β ( t i ) sin σ ( t i ) ]

Figure 00000003
; δ ( t i ) = arcsin [ sin δ ( t i ) r ( t i ) sin β ( t i ) sin σ ( t i ) ]
Figure 00000003
;

σ(ti) - угловое расстояние между положением космического аппарата в момент времени ti+1 и космического объекта в момент времени ti;σ (t i ) is the angular distance between the position of the spacecraft at time t i + 1 and the space object at time t i ;

δr(ti) - угловое расстояние между текущими положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti;δr (t i ) is the angular distance between the current positions of the spacecraft and the space object at time t i ;

δrкa(ti) - угловое расстояние между положениями космического аппарата в моменты времени ti и ti+1;δr кa (t i ) is the angular distance between the positions of the spacecraft at time t i and t i + 1 ;

β(ti) - угол между плоскостью движения космического аппарата и направлением от космического аппарата до космического объекта в момент времени ti;β (t i ) is the angle between the plane of motion of the spacecraft and the direction from the spacecraft to the space object at time t i ;

α(ti) - угол между плоскостью, образованной положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti+1, и плоскостью, образованной положениями космического аппарата в момент времени ti+1 и космического объекта в момент времени ti;α (t i ) is the angle between the plane formed by the positions of the spacecraft and the space object at time t i + 1, and the plane formed by the positions of the spacecraft at time t i + 1 and the space object at time t i ;

β(ri+1)- угол между плоскостью движения космического аппарата и направлением от космического аппарата до космического объекта в момент времени ti+1;β (r i + 1 ) is the angle between the plane of motion of the spacecraft and the direction from the spacecraft to the space object at time t i + 1 ;

δ(ti) - угол между плоскостью движения космического аппарата и плоскостью, образованной положениями космического аппарата в момент времени ti+1 и космического объекта в момент времени ti,δ (t i ) is the angle between the plane of motion of the spacecraft and the plane formed by the positions of the spacecraft at time t i + 1 and the space object at time t i ,

вычисляют параметры орбиты космического объекта: фокальный параметр - P(ti), истинную аномалию - ϑ(ti), эксцентриситет - e(ti) и наклонение орбиты - iко в момент времени ti в соответствии с математическими зависимостями:calculating orbital space object: focal parameter - P (t i), the true anomaly - θ (t i), the eccentricity - e (t i) and the orbital inclination - i to a time point t i in accordance with the mathematical relations:

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

ϑ ( t i ) = a r c t g { c t g Δ ν ( t i , t i + 1 ) r к о ( t i ) [ P ( t i ) r к о ( t i + 1 ) ] r к о ( t i + 1 ) [ P ( t i ) r к о ( t i ) ] sin Δ ν ( t i , t i + 1 ) }

Figure 00000005
, ϑ ( t i ) = a r c t g { c t g Δ ν ( t i , t i + one ) - r to about ( t i ) [ P ( t i ) - r to about ( t i + one ) ] r to about ( t i + one ) [ P ( t i ) - r to about ( t i ) ] sin Δ ν ( t i , t i + one ) }
Figure 00000005
,

e ( t i ) = P ( t i ) r к о ( t i ) r к о ( t i ) cos ϑ ( t i )

Figure 00000006
, e ( t i ) = P ( t i ) - r to about ( t i ) r to about ( t i ) cos ϑ ( t i )
Figure 00000006
,

i к о ( t i ) = arcsin [ sin ϕ к о ( t i ) sin s ( t i ) ]

Figure 00000007
, i to about ( t i ) = arcsin [ sin ϕ to about ( t i ) sin s ( t i ) ]
Figure 00000007
,

где:Where:

s ( t i ) = a r c t g [ sin Δ ν ( t i , t i + 1 ) sin ϕ к о ( t i ) sin ϕ к о ( t i + 1 ) cos Δ ν ( t i , t i + 1 ) sin ϕ к о ( t i ) ]

Figure 00000008
; s ( t i ) = a r c t g [ sin Δ ν ( t i , t i + one ) sin ϕ to about ( t i ) sin ϕ to about ( t i + one ) - cos Δ ν ( t i , t i + one ) sin ϕ to about ( t i ) ]
Figure 00000008
;

φко(ti)=arcsin[sinj(ti)sin(δz(ti)+δr(ti))];φ co (t i ) = arcsin [sinj (t i ) sin (δz (t i ) + δr (t i ))];

δ z ( t i ) = arcsin [ sin ϕ к а ( t i ) sin j ( t i ) ]

Figure 00000009
; δ z ( t i ) = arcsin [ sin ϕ to but ( t i ) sin j ( t i ) ]
Figure 00000009
;

j(ti)=arccos[cosε(ti)cosφка(ti)];j (t i ) = arccos [cosε (t i ) cosφ ka (t i )];

ε ( t i ) = arccos [ cos i к а cos ϕ к а ( t i ) ] β ( t i )

Figure 00000010
; ε ( t i ) = arccos [ cos i to but cos ϕ to but ( t i ) ] - β ( t i )
Figure 00000010
;

rко(ti+1) - радиус-вектор космического объекта, соединяющий центр Земли с положением космического объекта в момент времени ti+1;r ko (t i + 1 ) is the radius vector of the space object connecting the center of the Earth with the position of the space object at time t i + 1 ;

rко(ti) - радиус-вектор космического объекта, соединяющий центр Земли с положением космического объекта в момент времени ti;r ko (t i ) is the radius vector of the space object connecting the center of the Earth with the position of the space object at time t i ;

µ - произведение гравитационной постоянной на массу Земли;µ - product of the gravitational constant by the mass of the Earth;

Δt=ti+1-ti;Δt = t i + 1 -t i ;

Δν(ti, ti+1) - угловое расстояние между положениями космического объекта для двух следующих друг за другом моментов времени измерений ti и ti+1;Δν (t i , t i + 1 ) is the angular distance between the positions of the space object for two successive measurement times t i and t i + 1 ;

s(ti) - дуга, лежащая в плоскости движения космического объекта и соединяющая его положение в момент времени ti и в ближайший момент времени прохождения экватора;s (t i ) - an arc lying in the plane of motion of the space object and connecting its position at time t i and at the closest instant in time of passage of the equator;

φко(ti) - широта подспутниковой точки космического объекта в момент времени ti;φ to (t i ) is the latitude of the sub-satellite point of the space object at time t i ;

φко(ti+1) - широта подспутниковой точки космического объекта в момент времени ti+1;φ to (t i + 1 ) is the latitude of the sub-satellite point of the space object at time t i + 1 ;

j(ti) - наклонение «условной» орбиты, проходящей через широты подспутниковых точек космического аппарата и космического объекта в момент времени ti;j (t i ) is the inclination of the "conditional" orbit passing through the latitudes of the satellite sub-points of the spacecraft and the space object at time t i ;

δz(ti) - дуга, лежащая в плоскости «условной» орбиты с наклонением j(ti) и соединяющая подспутниковую точку космического аппарата в момент времени ti и плоскость экватора;δz (t i ) - an arc lying in the plane of the “conditional” orbit with inclination j (t i ) and connecting the sub-satellite point of the spacecraft at time t i and the equator plane;

δr(ti) - угловое расстояние между текущими положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti;δr (t i ) is the angular distance between the current positions of the spacecraft and the space object at time t i ;

φка(ti) - широта подспутниковой точки космического аппарата в момент времени ti;φ ka (t i ) is the latitude of the sub-satellite point of the spacecraft at time t i ;

ε(ti) - курсовой угол для плоскости условной орбиты, проходящей через широты подспутниковых точек космического аппарата, космического объекта и центр Земли в момент времени ti;ε (t i ) is the heading angle for the plane of the conventional orbit passing through the latitudes of the sub-satellite points of the spacecraft, space object and the center of the Earth at time t i ;

iкa - наклонение орбиты космического аппарата;i кa - inclination of the orbit of the spacecraft;

β(ti) - угол между плоскостью движения космического аппарата и направлением от космического аппарата до космического объекта в момент времени ti.β (t i ) is the angle between the plane of motion of the spacecraft and the direction from the spacecraft to the space object at time t i .

Техническим результатом изобретения является повышение оперативности определения орбит движения КО за счет осуществления на борту КА обработки обнаруженных с помощью бинокулярной системы оптических датчиков и экспонированных ПЗС-матрицами в моменты времени ti и ti+1 изображений КО, получения при этом соответствующих моментам времени ti и ti+1 необходимых измеренных углов и осуществления безытерационного вычисления параметров орбиты КО с использованием предложенных математических зависимостей.The technical result of the invention is to increase the efficiency of determining the orbits of the KO motion due to the onboard processing of the optical sensors detected using the binocular system and exposed to the CCD arrays at the time t i and t i + 1 images of the KO, thus obtaining the corresponding time t i and t i + 1 of the required measured angles and non-iterative calculation of the parameters of the KO orbit using the proposed mathematical dependencies.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявленном способе определения параметров орбиты космического объекта, заключающимся в определении на борту космического аппарата в моменты времени ti, где, где i=1, 2, 3, …, значений радиус-вектора, соединяющего центр Земли с местоположением космического аппарата - rка(ti), значений широты подспутниковых точек космического аппарата -φка(ti), значений расстояния между космическим аппаратом и космическим объектом - Δr(ti), значений угла между плоскостью движения космического аппарата и направлением от космического аппарата до космического объекта - β(ti), при этом определяют в моменты времени ti бортовыми оптическими датчиками угол между направлением от космического аппарата до космического объекта и местным горизонтом, лежащим в плоскости, образованной положениями космического аппарата, космического объекта и центром Земли - θ(ti), вычисляют значения радиус-вектора - rко(ti) космического объекта, соединяющего центр Земли с положением космического объекта в момент времени ti и угловое расстояние между текущими положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti - δr(ti) в соответствии с математическими зависимостями:The specified technical result is achieved by the fact that in the claimed method for determining the parameters of the orbit of a space object, which consists in determining on board the spacecraft at time t i , where, where i = 1, 2, 3, ..., the values of the radius vector connecting the center of the Earth from the spacecraft location - r ka (t i), sub-satellite latitude spacecraft dots ka -φ (t i), values of distance between the spacecraft and space object - Δr (t i), values of the angle between the plane of motion of the spacecraft and The direction from the spacecraft to the space object - β (t i), it is determined at points in time t i-board optical sensors the angle between the direction from the spacecraft to the space object and the local horizon lying in the plane formed by the provisions of a spacecraft, a space object and the center of the Earth - θ (t i ), calculate the values of the radius vector - r ko (t i ) of the space object connecting the center of the Earth with the position of the space object at time t i and the angular distance between the current positions the spacecraft and the spacecraft at time t i - δr (t i ) in accordance with the mathematical dependencies:

r к о ( t i ) = r к а ( t i ) 2 + Δ r ( t i ) 2 2 r к а ( t i ) Δ r ( t i ) cos [ π 2 + θ ( t i ) ]

Figure 00000011
, r to about ( t i ) = r to but ( t i ) 2 + Δ r ( t i ) 2 - 2 r to but ( t i ) Δ r ( t i ) cos [ π 2 + θ ( t i ) ]
Figure 00000011
,

δ r ( t i ) = arcsin { Δ r ( t i ) r к о ( t i ) sin [ π 2 + θ ( t i ) ] }

Figure 00000012
, δ r ( t i ) = arcsin { Δ r ( t i ) r to about ( t i ) sin [ π 2 + θ ( t i ) ] }
Figure 00000012
,

где:Where:

rка(ti) - радиус-вектор космического аппарата, соединяющий центр Земли с положением космического аппарата в момент времени ti;r ka (t i ) is the radius vector of the spacecraft connecting the center of the Earth with the position of the spacecraft at time t i ;

Δr(ti) - расстояние между центрами масс космического аппарата и космического объекта в момент времени ti;Δr (t i ) is the distance between the centers of mass of the spacecraft and the space object at time t i ;

θ(ti) - угол между направлением от космического аппарата до космического объекта и местным горизонтом, лежащим в плоскости, образованной положениями космического аппарата, космического объекта и центром Земли в момент времени ti;θ (t i ) is the angle between the direction from the spacecraft to the space object and the local horizon lying in the plane formed by the positions of the spacecraft, space object and the center of the Earth at time t i ;

δr(ti) - угловое расстояние между текущими положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti,δr (t i ) is the angular distance between the current positions of the spacecraft and the space object at time t i ,

вычисляют угловое расстояние между положениями космического объекта - Δν(ti, ti+1) для двух следующих друг за другом моментов времени измерений ti и ti+1 по формуле:calculate the angular distance between the positions of the space object - Δν (t i , t i + 1 ) for two successive measurement times t i and t i + 1 according to the formula:

Δν(ti,ti+1)=arccos[cosσ(ti)cosδr(ti+1)-sinσ(ti)sinδr(ti+1)cosα(ti)],Δν (t i , t i + 1 ) = arccos [cosσ (t i ) cosδr (t i + 1 ) -sinσ (t i ) sinδr (t i + 1 ) cosα (t i )],

где:Where:

σ(ti)=arccos[cosδr(ti)cosδrка(ti)-sinδr(ti)sinδrка(ti)cosβ(ti)];σ (t i ) = arccos [cosδr (t i ) cosδr ka (t i ) -sinδr (t i ) sinδr ka (t i ) cosβ (t i )];

α(ti)=π-β(ti+1)-δ(ti);α (t i ) = π-β (t i + 1 ) -δ (t i );

δ ( t i ) = arcsin [ sin δ ( t i ) r ( t i ) sin β ( t i ) sin σ ( t i ) ]

Figure 00000003
; δ ( t i ) = arcsin [ sin δ ( t i ) r ( t i ) sin β ( t i ) sin σ ( t i ) ]
Figure 00000003
;

σ(ti) - угловое расстояние между положением космического аппарата в момент времени ti+1 и космического объекта в момент времени ti;σ (t i ) is the angular distance between the position of the spacecraft at time t i + 1 and the space object at time t i ;

δr(ti) - угловое расстояние между текущими положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti;δr (t i ) is the angular distance between the current positions of the spacecraft and the space object at time t i ;

δrкa(ti) - угловое расстояние между положениями космического аппарата в моменты времени ti и ti+1;δr кa (t i ) is the angular distance between the positions of the spacecraft at time t i and t i + 1 ;

β(ti) - угол между плоскостью движения космического аппарата и направлением от космического аппарата до космического объекта в момент времени ti;β (t i ) is the angle between the plane of motion of the spacecraft and the direction from the spacecraft to the space object at time t i ;

α(ti) - угол между плоскостью, образованной положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti+1, и плоскостью, образованной положениями космического аппарата в момент времени ti+1 и космического объекта в момент времени ti;α (t i ) is the angle between the plane formed by the positions of the spacecraft and the space object at time t i + 1, and the plane formed by the positions of the spacecraft at time t i + 1 and the space object at time t i ;

β(ti+1) - угол между плоскостью движения космического аппарата и направлением от космического аппарата до космического объекта в момент времени ti+1;β (t i + 1 ) is the angle between the plane of motion of the spacecraft and the direction from the spacecraft to the space object at time t i + 1 ;

δ(ti) - угол между плоскостью движения космического аппарата и плоскостью, образованной положениями космического аппарата в момент времени ti+1 и космического объекта в момент времени ti,δ (t i ) is the angle between the plane of motion of the spacecraft and the plane formed by the positions of the spacecraft at time t i + 1 and the space object at time t i ,

вычисляют параметры орбиты космического объекта: фокальный параметр - P(ti), истинную аномалию - ϑ(ti), эксцентриситет - e(ti) и наклонение орбиты - iко в момент времени ti в соответствии с математическими зависимостями:calculate the parameters of the orbit of the space object: the focal parameter is P (t i ), the true anomaly is ϑ (t i ), the eccentricity is e (t i ) and the inclination of the orbit is i ko at time t i in accordance with the mathematical dependencies:

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

ϑ ( t i ) = a r c t g { c t g Δ ν ( t i , t i + 1 ) r к о ( t i ) [ P ( t i ) r к о ( t i + 1 ) ] r к о ( t i + 1 ) [ P ( t i ) r к о ( t i ) ] sin Δ ν ( t i , t i + 1 ) }

Figure 00000013
, ϑ ( t i ) = a r c t g { c t g Δ ν ( t i , t i + one ) - r to about ( t i ) [ P ( t i ) - r to about ( t i + one ) ] r to about ( t i + one ) [ P ( t i ) - r to about ( t i ) ] sin Δ ν ( t i , t i + one ) }
Figure 00000013
,

e ( t i ) = P ( t i ) r к о ( t i ) r к о ( t i ) cos ϑ ( t i )

Figure 00000006
, e ( t i ) = P ( t i ) - r to about ( t i ) r to about ( t i ) cos ϑ ( t i )
Figure 00000006
,

i к о ( t i ) = arcsin [ sin ϕ к о ( t i ) sin s ( t i ) ]

Figure 00000007
, i to about ( t i ) = arcsin [ sin ϕ to about ( t i ) sin s ( t i ) ]
Figure 00000007
,

где:Where:

s ( t i ) = a r c t g [ sin Δ ν ( t i , t i + 1 ) sin ϕ к о ( t i ) sin ϕ к о ( t i + 1 ) cos Δ ν ( t i , t i + 1 ) sin ϕ к о ( t i ) ]

Figure 00000008
; s ( t i ) = a r c t g [ sin Δ ν ( t i , t i + one ) sin ϕ to about ( t i ) sin ϕ to about ( t i + one ) - cos Δ ν ( t i , t i + one ) sin ϕ to about ( t i ) ]
Figure 00000008
;

φко(ti)=arcsin[sinj(ti)sin(δz(ti)+δr(ti))];φ co (t i ) = arcsin [sinj (t i ) sin (δz (t i ) + δr (t i ))];

δ z ( t i ) = arcsin [ sin ϕ к а ( t i ) sin j ( t i ) ]

Figure 00000009
; δ z ( t i ) = arcsin [ sin ϕ to but ( t i ) sin j ( t i ) ]
Figure 00000009
;

j(ti)=arccos[cosε(ti)cosφка(ti)];j (t i ) = arccos [cosε (t i ) cosφ ka (t i )];

ε ( t i ) = arccos [ cos i к а cos ϕ к а ( t i ) ] β ( t i )

Figure 00000010
; ε ( t i ) = arccos [ cos i to but cos ϕ to but ( t i ) ] - β ( t i )
Figure 00000010
;

rко(ti+1) - радиус-вектор космического объекта, соединяющий центр Земли с положением космического объекта в момент времени ti+1;r ko (t i + 1 ) is the radius vector of the space object connecting the center of the Earth with the position of the space object at time t i + 1 ;

rко(ti) - радиус-вектор космического объекта, соединяющий центр Земли с положением космического объекта в момент времени ti;r ko (t i ) is the radius vector of the space object connecting the center of the Earth with the position of the space object at time t i ;

µ - произведение гравитационной постоянной на массу Земли;µ is the product of the gravitational constant by the mass of the Earth;

Δt=ti+1-ti;Δt = t i + 1 -t i ;

Δν(ti, ti+1) - угловое расстояние между положениями космического объекта для двух следующих друг за другом моментов времени измерений ti и ti+1;Δν (t i , t i + 1 ) is the angular distance between the positions of the space object for two successive measurement times t i and t i + 1 ;

s(ti) - дуга, лежащая в плоскости движения космического объекта и соединяющая его положение в момент времени ti и в ближайший момент времени прохождения экватора;s (t i ) - an arc lying in the plane of motion of the space object and connecting its position at time t i and at the closest instant in time of passage of the equator;

φко(ti) - широта подспутниковой точки космического объекта в момент времени ti;φ to (t i ) is the latitude of the sub-satellite point of the space object at time t i ;

φко(ti+1) - широта подспутниковой точки космического объекта в момент времени ti+1;φ to (t i + 1 ) is the latitude of the sub-satellite point of the space object at time t i + 1 ;

j(ti) - наклонение «условной» орбиты, проходящей через широты подспутниковых точек космического аппарата и космического объекта в момент времени ti;j (t i ) is the inclination of the "conditional" orbit passing through the latitudes of the satellite sub-points of the spacecraft and the space object at time t i ;

δz(ti) - дуга, лежащая в плоскости «условной» орбиты с наклонением j(ti) и соединяющая подспутниковую точку космического аппарата в момент времени ti и плоскость экватора;δz (t i ) - an arc lying in the plane of the “conditional” orbit with inclination j (t i ) and connecting the sub-satellite point of the spacecraft at time t i and the equator plane;

δr(ti) - угловое расстояние между текущими положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti;δr (t i ) is the angular distance between the current positions of the spacecraft and the space object at time t i ;

φка(ti) - широта подспутниковой точки космического аппарата в момент времени ti;φ ka (t i ) is the latitude of the sub-satellite point of the spacecraft at time t i ;

ε(ti) - курсовой угол для плоскости условной орбиты, проходящей через широты подспутниковых точек космического аппарата, космического объекта и центр Земли в момент времени ti;ε (t i ) is the heading angle for the plane of the conventional orbit passing through the latitudes of the sub-satellite points of the spacecraft, space object and the center of the Earth at time t i ;

iка - наклонение орбиты космического аппарата;i ka - the inclination of the orbit of the spacecraft;

β(ti) - угол между плоскостью движения космического аппарата и направлением от космического аппарата до космического объекта в момент времени ti.β (t i ) is the angle between the plane of motion of the spacecraft and the direction from the spacecraft to the space object at time t i .

Заявленный способ определения параметров орбиты космического объекта поясняется следующими фигурами:The claimed method for determining the parameters of the orbit of a space object is illustrated by the following figures:

- на фигуре 1 приведено относительное расположение КА и КО,- figure 1 shows the relative location of the spacecraft and TO,

- на фигуре 2 представлено относительное расположение плоскостей движения КА и КО,- figure 2 shows the relative location of the planes of motion of the spacecraft and spacecraft,

- на фигуре 3 представлены трассы движения КА и КО.- figure 3 presents the trajectory of the spacecraft and spacecraft.

На фиг.1-фиг.3 и в тексте приняты следующие обозначения:In figure 1-figure 3 and in the text the following notation:

1 - поверхность Земли,1 - the surface of the Earth,

2 - КА,2 - KA,

3 - радиус-вектор космического аппарата, соединяющий начало координат (центр Земли) с положением КА на его траектории - rка,3 - the radius vector of the spacecraft, connecting the origin (center of the earth) with the position of the spacecraft on its trajectory - r ka ,

4 - угловое расстояние между текущими положениями космического аппарата и космического объекта - δr,4 - the angular distance between the current positions of the spacecraft and the space object is δr,

5 - радиус Земли - R,5 - the radius of the Earth - R,

6 - угол между направлением от КА до КО и местным горизонтом, лежащим в плоскости, образованной положениями КА, КО и центром Земли - θ,6 - the angle between the direction from the spacecraft to the spacecraft and the local horizon lying in the plane formed by the positions of the spacecraft, spacecraft and the center of the earth - θ,

7 - расстояние между центрами масс космического аппарата и космического объекта - Δr,7 - the distance between the centers of mass of the spacecraft and the space object - Δr,

8 - радиус - вектор космического объекта, соединяющий начало координат (центр Земли) с положением КО - rко,8 - radius - the vector of a space object connecting the origin (center of the earth) with the position of KO - r ko ,

9 - местный горизонт,9 - local horizon,

10 - КО,10 - KO,

11 - момент времени измерений ti, предшествующий моменту времени измерений ti+1;11 is the measurement time t i preceding the measurement time t i + 1 ;

12 - угловое расстояние между положениями космического аппарата в моменты времени ti и ti+1 - δrка,12 is the angular distance between the positions of the spacecraft at time t i and t i + 1 - δr ka ,

13 - угол между плоскостью движения КА и направлением от КА до KO - β,13 - the angle between the plane of motion of the spacecraft and the direction from the spacecraft to KO - β,

14 - момент времени измерений ti+1, следующий за моментом времени измерений ti;14 - the time of measurements t i + 1 , following the time of measurements t i ;

15 - угол между плоскостью движения космического аппарата и плоскостью образованной положениями космического аппарата в момент времени ti+1 и космического объекта в момент времени ti - δ,15 is the angle between the plane of motion of the spacecraft and the plane formed by the positions of the spacecraft at time t i + 1 and the space object at time t i - δ,

16 - угол между плоскостью большого круга, образованной положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti+1, и плоскостью большого круга, образованной положениями космического аппарата в момент времени ti+1 и космического объекта в момент времени ti - α,16 is the angle between the plane of the large circle formed by the positions of the spacecraft and the space object at time t i + 1, and the plane of the large circle formed by the positions of the spacecraft at time t i + 1 and the space object at time t i - α,

17 - траектория полета КА,17 - the flight path of the spacecraft,

18 - угловое расстояние между положением космического аппарата и космического объекта - σ,18 - the angular distance between the position of the spacecraft and the space object - σ,

19 - угловое расстояние между положениями космического объекта в моменты времени ti и ti+1 - Δν,19 is the angular distance between the positions of the space object at time t i and t i + 1 - Δν,

20 - траектория полета КО,20 - flight path KO,

21 - плоскость экватора, проходящая через центр Земли перпендикулярно оси ее вращения;21 - the equatorial plane passing through the center of the Earth perpendicular to the axis of its rotation;

22 - угловое расстояние между положением космического аппарата в момент времени ti и плоскостью экватора, лежащее в плоскости условной орбиты образованной положениями КА и КО в момент времени ti и центром Земли - δZ,22 - the angular distance between the position of the spacecraft at time t i and the equator plane lying in the plane of the conventional orbit formed by the positions of the spacecraft and spacecraft at time t i and the center of the Earth - δZ,

23 - наклонение орбиты КА - iка,23 - inclination of the orbit of the spacecraft - i ka ,

24 - широта подспутниковой точки КА в момент времени ti - φка,24 - the latitude of the satellite sub-satellite point at time t i - φ ka ,

25 - курсовой угол для плоскости условной орбиты, проходящей через широты подспутниковых точек космического аппарата, космического объекта и центр Земли в момент времени ti - ε(ti),25 is the heading angle for the plane of the conventional orbit passing through the latitudes of the sub-satellite points of the spacecraft, space object and the center of the Earth at time t i - ε (t i ),

26 - курсовой угол между проекцией вектора скорости КА на местный горизонт и местной параллелью в момент времени ti - ε(ti),26 - heading angle between the projection of the spacecraft velocity vector on the local horizon and the local parallel at time t i - ε (t i ),

27 - наклонение орбиты космического объекта - iко,27 - the inclination of the orbit of a space object - i to ,

28 - широта подспутниковой точки КО в момент времени ti - φко(ti),28 is the latitude of the sub-satellite point KO at time t i - φ ko (t i ),

29 - местная параллель на широте подспутниковой точки КА в момент времени ti,29 - local parallel at the latitude of the satellite sub-satellite point at time t i ,

30 - широта подспутниковой точки КО в момент времени ti+1 - φко(ti+1).30 - latitude of the sub-satellite point of the TO at the time t i + 1 - φ to (t i + 1 ).

Покажем возможность осуществления изобретения, т.е. возможность его промышленного применения.We show the possibility of carrying out the invention, i.e. the possibility of its industrial application.

При осуществления изобретения с наземных пунктов управления ежесуточно во время сеанса связи на борт космического аппарата производится запись командно-программной информации, содержащей данные о его текущих орбитальных параметрах на момент сеанса связи («Бортовые системы управления космическими аппаратами»: Учебное пособие / Бровкин А.Г., Бурдыгов Б.Г., Гордийко С.В. и др., под редакцией Сырова А.С. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2010, с.45-47, 56-61, 80-98)- (Д6). Далее происходит регистрация космических объектов бортовыми оптическими датчиками, представляющими собой бинокулярную систему разнесенных друг относительно друга оптических датчиков и имеющих параллельные оптические оси (Д3, Д4). На основе измеренного параллактического смещения треков прохождения космических объектов, зафиксированных на ПЗС-матрицах в моменты времени ti и ti+1, производится определение по методике (Д2) расстояния между центрами масс космического аппарата и космического объекта (Δr), а также угла β между плоскостью движения космического аппарата и направлением от космического аппарата до космического объекта (Д6). Затем бортовыми оптическими датчиками и исполнительными органами системы стабилизации и ориентации космического аппарата, описанными в (Д6, с.80-98) определяют угол θ (фиг.1, позиция 6) между направлением от космического аппарата до космического объекта и местным горизонтом, лежащим в плоскости, образованной положениями КА, КО и центром Земли. Далее по вышеприведенным формулам определяют параметры орбиты космического объекта.When implementing the invention from ground control points daily during a communication session, a command-program information is recorded on board the spacecraft containing data on its current orbital parameters at the time of the communication session (“Onboard spacecraft control systems”: Training manual / Brovkin A.G. ., Burdygov B.G., Gordiyko S.V. et al., Edited by Syrov A.S. M: Publishing House MAI-PRINT, 2010, p. 45-47, 56-61, 80-98) - (D6). Next, space objects are registered with onboard optical sensors, which are a binocular system of optical sensors spaced apart from each other and have parallel optical axes (D3, D4). Based on the measured parallactic displacement of the tracks of the passage of space objects fixed on the CCD matrices at the moments of time t i and t i + 1 , the distance between the centers of mass of the spacecraft and the space object (Δr), as well as the angle β, is determined by method (D2) between the plane of motion of the spacecraft and the direction from the spacecraft to the space object (D6). Then, the onboard optical sensors and actuators of the spacecraft stabilization and orientation system described in (D6, p. 80-98) determine the angle θ (Fig. 1, position 6) between the direction from the spacecraft to the space object and the local horizon lying in a plane formed by the positions of the spacecraft, spacecraft and the center of the earth. Further, according to the above formulas, the orbit parameters of a space object are determined.

Процедуры и технология ежесуточной записи командно-программной информации, содержащей данные о текущих орбитальных параметрах КА на момент сеанса связи, показаны в (Д6, с.45-47).The procedures and technology for daily recording of command-program information containing data on the current orbital parameters of the spacecraft at the time of the communication session are shown in (D6, p. 45-47).

Регистрация космических объектов, а также состав и технические возможности бортовых оптических датчиков приведены в (Д6, с.56-61).Registration of space objects, as well as the composition and technical capabilities of onboard optical sensors are given in (D6, p. 56-61).

Реализация бинокулярной системы разнесенных друг относительно друга оптических датчиков и имеющих параллельные оптические оси, описана в (Д3, Д4).The implementation of a binocular system of optical sensors spaced apart and having parallel optical axes is described in (D3, D4).

Способ измерений параллактического смещения треков прохождения космических объектов, зафиксированных на ПЗС-матрицах, а также измерение расстояний между центрами масс космического аппарата и космического объекта Δr и углов β между плоскостью движения космического аппарата и направлениями от космического аппарата до космического объекта производится по методикам, приведенных в (Д2 и Д3).The method of measuring the parallactic displacement of the tracks of the passage of space objects fixed on CCD matrices, as well as measuring the distances between the centers of mass of the spacecraft and the space object Δr and angles β between the plane of motion of the spacecraft and the directions from the spacecraft to the space object, is carried out according to the methods given in (D2 and D3).

Взаимодействие бортовых оптических датчиков и исполнительных органов системы стабилизации и ориентации космического аппарата описано в (Д6, с.80-98) дает возможность определить угол - θ между направлением от космического аппарата до космического объекта и местным горизонтом, лежащим в плоскости, образованной положениями КА, КО и центром Земли.The interaction of onboard optical sensors and executive bodies of the spacecraft stabilization and orientation system described in (D6, p. 80-98) makes it possible to determine the angle - θ between the direction from the spacecraft to the space object and the local horizon lying in the plane formed by the spacecraft’s positions, KO and the center of the Earth.

Возможность осуществления итерационного вычислительного бортового алгоритма, уточняющего орбитальные параметры космического объекта и прогнозирующего минимальное расстояние между космическим аппаратом и космическим объектом, показана в источниках информации: «Наведение в космосе» / Ричард Беттин. - М.: Машиностроение, 1966 - (Д7), «Введение в теорию полета искусственных спутников земли» / Эльясберг П.Е. - М.: Наука, 1965 - (Д8).The possibility of implementing an iterative computational on-board algorithm that refines the orbital parameters of a space object and predicts the minimum distance between the spacecraft and the space object is shown in the information sources: Guidance in Space / Richard Bettin. - M .: Engineering, 1966 - (D7), “Introduction to the theory of flight of artificial earth satellites” / Elyasberg P.E. - M .: Nauka, 1965 - (D8).

Claims (1)

Способ определения параметров орбиты космического объекта, заключающийся в определении на борту космического аппарата в моменты времени ti, где i=1, 2, 3, …, значений радиус-вектора rка(ti), соединяющего центр Земли с местоположением космического аппарата, значений широты φкa(ti) подспутниковых точек космического аппарата, значений расстояния Δr(ti) между космическим аппаратом и космическим объектом, значений угла β(ti) между плоскостью движения космического аппарата и направлением от космического аппарата до космического объекта, отличающийся тем, что определяют в моменты времени ti бортовыми оптическими датчиками угол θ(ti) между направлением от космического аппарата до космического объекта и местным горизонтом, лежащий в плоскости, образованной положениями космического аппарата, космического объекта и центром Земли, вычисляют значения радиус-вектора rко(ti) космического объекта, соединяющего центр Земли с положением космического объекта в момент времени ti, и угловое расстояние δr(ti) между текущими положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti в соответствии с математическими зависимостями:
Figure 00000011
,
Figure 00000002
,
где:
rка(ti) - радиус-вектор космического аппарата, соединяющий центр Земли с положением космического аппарата в момент времени ti;
Δr(ti) - расстояние между центрами масс космического аппарата и космического объекта в момент времени ti;
θ(ti) - угол между направлением от космического аппарата до космического объекта и местным горизонтом, лежащий в плоскости, образованной положениями космического аппарата, космического объекта и центром Земли в момент времени ti;
δr(ti) - угловое расстояние между текущими положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti,
вычисляют угловое расстояние Δv(ti, ti+1) между положениями космического объекта для двух следующих друг за другом моментов времени измерений ti и ti+1 по формуле:
Δv(ti, ti+1)=arccos[cosσ(ti)cosδr(ti+1)-sinσ(ti)sinδr(ti+1)cosα(ti)],
где:
σ(ti)=arccos[cosδr(ti)cosδrка(ti)-sinδr(ti)sinδrка(ti)cosβ(ti)];
α(ti)=π-β(ti+1)-δ(ti);
Figure 00000003
;
σ(ti) - угловое расстояние между положением космического аппарата в момент времени ti+1 и космического объекта в момент времени ti;
δr(ti) - угловое расстояние между текущими положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti;
δrка(ti) - угловое расстояние между положениями космического аппарата в моменты времени ti и ti+1;
β(ti) - угол между плоскостью движения космического аппарата и направлением от космического аппарата до космического объекта в момент времени ti;
α(ti) - угол между плоскостью, образованной положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti+1, и плоскостью, образованной положениями космического аппарата в момент времени ti+1 и космического объекта в момент времени ti;
β(ti+1) - угол между плоскостью движения космического аппарата и направлением от космического аппарата до космического объекта в момент времени ti+1;
δ(ti) - угол между плоскостью движения космического аппарата и плоскостью, образованной положениями космического аппарата в момент времени ti+1 и космического объекта в момент времени ti,
вычисляют параметры орбиты космического объекта: фокальный параметр P(ti), истинную аномалию ϑ(ti), эксцентриситет e(ti) и наклонение орбиты iко в момент времени ti в соответствии с математическими зависимостями:
Figure 00000004
,
Figure 00000014
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
где:
Figure 00000008
;
φко(ti)=arcsin[sinj(ti)sin(δz(ti)+δr(ti))];
Figure 00000009
;
j(ti)=arccos[cosε(ti)cosφка(ti)];
Figure 00000010
;
rко(i+1) - радиус-вектор космического объекта, соединяющий центр Земли с положением космического объекта в момент времени ti+1;
rко(ti) - радиус-вектор космического объекта, соединяющий центр Земли с положением космического объекта в момент времени ti;
µ - произведение гравитационной постоянной на массу Земли;
Δt=ti+1-ti;
Δv(ti, ti+1) - угловое расстояние между положениями космического объекта для двух следующих друг за другом моментов времени измерений ti и ti+1;
s(ti) - дуга, лежащая в плоскости движения космического объекта и соединяющая его положение в момент времени ti и в ближайший момент времени прохождения экватора;
φко(ti) - широта подспутниковой точки космического объекта в момент времени ti;
φко(ti+1) - широта подспутниковой точки космического объекта в момент времени ti+1;
j(ti) - наклонение «условной» орбиты, проходящей через широты подспутниковых точек космического аппарата и космического объекта в момент времени ti;
δz(ti) - дуга, лежащая в плоскости «условной» орбиты с наклонением j(ti) и соединяющая подспутниковую точку космического аппарата в момент времени ti и плоскость экватора;
δr(ti) - угловое расстояние между текущими положениями космического аппарата и космического объекта в момент времени ti;
φка(ti) - широта подспутниковой точки космического аппарата в момент времени ti;
ε(ti) - курсовой угол для плоскости условной орбиты, проходящей через широты подспутниковых точек космического аппарата, космического объекта и центр Земли в момент времени ti;
iка - наклонение орбиты космического аппарата;
β(ti) - угол между плоскостью движения космического аппарата и направлением от космического аппарата до космического объекта в момент времени ti.
The method of determining the parameters of the orbit of a space object, which consists in determining on board the spacecraft at time t i , where i = 1, 2, 3, ..., the values of the radius vector r ka (t i ) connecting the center of the Earth with the location of the spacecraft, values kA latitude φ (t i) sub-satellite points spacecraft, Δr distance values (t i) between the spacecraft and space object angle values β (t i) between the plane of motion of the spacecraft and the direction of the spacecraft to a space object differs schiysya by determining at time points t i airborne optical sensors angle θ (t i) between the direction from the spacecraft to the space object and the local horizon lying in the plane formed by the provisions of a spacecraft, a space object and the center of the Earth radius value calculated to the vector r (t i) space object connecting center of the Earth to space object position at the moment of time t i and the angular distance δr (t i) between the current position of the spacecraft and space object at time webbings t i in accordance with the mathematical relations:
Figure 00000011
,
Figure 00000002
,
Where:
r ka (t i ) is the radius vector of the spacecraft connecting the center of the Earth with the position of the spacecraft at time t i ;
Δr (t i ) is the distance between the centers of mass of the spacecraft and the space object at time t i ;
θ (t i ) is the angle between the direction from the spacecraft to the space object and the local horizon, lying in the plane formed by the positions of the spacecraft, space object and the center of the Earth at time t i ;
δr (t i ) is the angular distance between the current positions of the spacecraft and the space object at time t i ,
calculate the angular distance Δ v (t i , t i + 1 ) between the positions of the space object for two consecutive measurement times t i and t i + 1 according to the formula:
Δ v (t i , t i + 1 ) = arccos [cosσ (t i ) cosδr (t i + 1 ) -sinσ (t i ) sinδr (t i + 1 ) cosα (t i )],
Where:
σ (t i ) = arccos [cosδr (t i ) cosδr ka (t i ) -sinδr (t i ) sinδr ka (t i ) cosβ (t i )];
α (t i ) = π-β (t i + 1 ) -δ (t i );
Figure 00000003
;
σ (t i ) is the angular distance between the position of the spacecraft at time t i + 1 and the space object at time t i ;
δr (t i ) is the angular distance between the current positions of the spacecraft and the space object at time t i ;
Single δr (t i) - the angular distance between the positions of the spacecraft at instants t i and t i + 1;
β (t i ) is the angle between the plane of motion of the spacecraft and the direction from the spacecraft to the space object at time t i ;
α (t i ) is the angle between the plane formed by the positions of the spacecraft and the space object at time t i + 1 , and the plane formed by the positions of the spacecraft at time t i + 1 and the space object at time t i ;
β (t i + 1 ) is the angle between the plane of motion of the spacecraft and the direction from the spacecraft to the space object at time t i + 1 ;
δ (t i ) is the angle between the plane of motion of the spacecraft and the plane formed by the positions of the spacecraft at time t i + 1 and the space object at time t i ,
calculate the parameters of the orbit of the space object: the focal parameter P (t i ), the true anomaly ϑ (t i ), the eccentricity e (t i ) and the inclination of the orbit i ko at time t i in accordance with the mathematical dependencies:
Figure 00000004
,
Figure 00000014
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Where:
Figure 00000008
;
φ co (t i ) = arcsin [sinj (t i ) sin (δz (t i ) + δr (t i ))];
Figure 00000009
;
j (t i ) = arccos [cosε (t i ) cosφ ka (t i )];
Figure 00000010
;
r ko ( i + 1 ) is the radius vector of the space object connecting the center of the Earth with the position of the space object at time t i + 1 ;
r ko (t i ) is the radius vector of the space object connecting the center of the Earth with the position of the space object at time t i ;
µ is the product of the gravitational constant by the mass of the Earth;
Δt = t i + 1 -t i;
Δ v (t i , t i + 1 ) is the angular distance between the positions of the space object for two successive measurement times t i and t i + 1 ;
s (t i ) - an arc lying in the plane of motion of the space object and connecting its position at time t i and at the closest instant in time of passage of the equator;
φ to (t i ) is the latitude of the sub-satellite point of the space object at time t i ;
φ to (t i + 1 ) is the latitude of the sub-satellite point of the space object at time t i + 1 ;
j (t i ) is the inclination of the "conditional" orbit passing through the latitudes of the satellite sub-points of the spacecraft and the space object at time t i ;
δz (t i ) - an arc lying in the plane of the “conditional” orbit with inclination j (t i ) and connecting the sub-satellite point of the spacecraft at time t i and the equator plane;
δr (t i ) is the angular distance between the current positions of the spacecraft and the space object at time t i ;
φ ka (t i ) is the latitude of the sub-satellite point of the spacecraft at time t i ;
ε (t i ) is the heading angle for the plane of the conventional orbit passing through the latitudes of the sub-satellite points of the spacecraft, space object and the center of the Earth at time t i ;
i ka - the inclination of the orbit of the spacecraft;
β (t i ) is the angle between the plane of motion of the spacecraft and the direction from the spacecraft to the space object at time t i .
RU2013132661/11A 2013-07-16 2013-07-16 Method to determine parameters of space object orbit RU2531433C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013132661/11A RU2531433C1 (en) 2013-07-16 2013-07-16 Method to determine parameters of space object orbit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013132661/11A RU2531433C1 (en) 2013-07-16 2013-07-16 Method to determine parameters of space object orbit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2531433C1 true RU2531433C1 (en) 2014-10-20

Family

ID=53381994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013132661/11A RU2531433C1 (en) 2013-07-16 2013-07-16 Method to determine parameters of space object orbit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2531433C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106335655A (en) * 2016-10-31 2017-01-18 上海航天控制技术研究所 Mars machine-machine separating orbit design method
US20220075394A1 (en) * 2019-05-22 2022-03-10 Autel Robotics Co., Ltd Autonomous orbiting method and device and uav
CN115326077A (en) * 2022-10-13 2022-11-11 中国西安卫星测控中心 Initial track determination method for short arc optical measurement suitable for small eccentricity track

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2027144C1 (en) * 1984-04-02 1995-01-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "Астрам" Parallax method of measuring coordinates of object
RU2150414C1 (en) * 1999-02-01 2000-06-10 Государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт "КОМЕТА" Method of determination of parameters of orbit of spacecraft
US6085128A (en) * 1998-02-06 2000-07-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Orbit/covariance estimation and analysis (OCEAN) determination for satellites
EP1167997B1 (en) * 2000-06-22 2003-08-20 Thales Device for measuring pollution in space

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2027144C1 (en) * 1984-04-02 1995-01-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "Астрам" Parallax method of measuring coordinates of object
US6085128A (en) * 1998-02-06 2000-07-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Orbit/covariance estimation and analysis (OCEAN) determination for satellites
RU2150414C1 (en) * 1999-02-01 2000-06-10 Государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт "КОМЕТА" Method of determination of parameters of orbit of spacecraft
EP1167997B1 (en) * 2000-06-22 2003-08-20 Thales Device for measuring pollution in space

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MARK PSIAKI. Autonomous Orbit Determination for two Spacecraft from Relative Position Measurements. AIAA-98-4560; 10.08.1998. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106335655A (en) * 2016-10-31 2017-01-18 上海航天控制技术研究所 Mars machine-machine separating orbit design method
CN106335655B (en) * 2016-10-31 2019-06-07 上海航天控制技术研究所 A kind of Mars device device separation rail design method
US20220075394A1 (en) * 2019-05-22 2022-03-10 Autel Robotics Co., Ltd Autonomous orbiting method and device and uav
US11755042B2 (en) * 2019-05-22 2023-09-12 Autel Robotics Co., Ltd. Autonomous orbiting method and device and UAV
CN115326077A (en) * 2022-10-13 2022-11-11 中国西安卫星测控中心 Initial track determination method for short arc optical measurement suitable for small eccentricity track

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zaidner et al. A novel data fusion algorithm for low-cost localisation and navigation of autonomous vineyard sprayer robots
US6639553B2 (en) Passive/ranging/tracking processing method for collision avoidance guidance
US8265817B2 (en) Inertial measurement with an imaging sensor and a digitized map
US8886366B2 (en) Device and method to estimate the state of a moving vehicle
Sazdovski et al. Inertial navigation aided by vision-based simultaneous localization and mapping
Pan et al. Underwater Doppler navigation with self-calibration
Johnson et al. Analysis and testing of a lidar-based approach to terrain relative navigation for precise lunar landing
Gou et al. INS/CNS integrated navigation based on corrected infrared earth measurement
US9243914B2 (en) Correction of navigation position estimate based on the geometry of passively measured and estimated bearings to near earth objects (NEOS)
RU2531433C1 (en) Method to determine parameters of space object orbit
US12078716B2 (en) System and method of hypersonic object tracking
CN104730506B (en) A kind of complete zero Doppler attitude guidance method of Synthetic Aperture Radar satellite
CN102607563B (en) System for performing relative navigation on spacecraft based on background astronomical information
Tokorodani et al. Point-cloud Mapping using Lidar Mounted on Two-wheeled Vehicle based on NDT Scan Matching.
Christian et al. Integrated performance of an autonomous optical navigation system for space exploration
Guan et al. An innovative high accuracy autonomous navigation method for the Mars rovers
Fasano et al. A stereo-vision based system for autonomous navigation of an in-orbit servicing platform
RU2542836C2 (en) Method of determination of state vector of passive space object
Choe et al. LiDAR-Inertial-Based Absolute Positioning With Sparse DEM for Accurate Lunar Landing
Quarmyne et al. Inertial navigation system aiding using vision
Qu et al. SINS/CNS integrated navigation solution using adaptive unscented Kalman filtering
RU2542599C2 (en) Method for independent determination of orbit and orientation of spacecraft body in space without prior information
Vasile et al. Deep space autonomous orbit determination using CCD
CN111536961A (en) Information fusion method based on Markov random process and oriented to impact detection task
Vivet Extracting proprioceptive information by analyzing rotating range sensors induced distortion

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner