《空間非合作目標被動跟蹤技術與應用》的內(nèi)容緊密結合工程技術專業(yè)，采用數(shù)學推導與仿真實驗相結合的研究思路，保證了模型和算法的正確性，初步解決了空間目標天基僅測角跟蹤中的若干關鍵問題，取得了一些具有創(chuàng)新性的研究成果。《空間非合作目標被動跟蹤技術與應用》可作為高等院校航空航天、電子信息、控制科學等專業(yè)研究生和科研學者的教學參考書，也可以供從事航空宇航科學與技術、信號與信息處理以及控制科學與工程領域的工程技術人員和研究人員學習參考。
第1章 概論
1.1 天基空間目標監(jiān)視技術概述
1.2 天基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展及現(xiàn)狀
1.2.1 美、俄地基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)
1.2.2 天基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)
1.2.3 美國空間目標監(jiān)視系統(tǒng)編目更新與維護
1.2.4 空間目標抵近觀測和跟飛編隊應用
1.2.5 國內(nèi)空間目標監(jiān)視研究現(xiàn)狀
1.3 空間目標跟蹤定軌相關關鍵技術進展
1.3.1 空間目標的初軌確定技術
1.3.2 空間目標的非線性跟蹤濾波
1.3.3 空間目標的聯(lián)合定軌技術
1.3.4 抗差估計理論在跟蹤定軌中的應用現(xiàn)狀
參考文獻
第2章 基于測角信息的天基監(jiān)視跟蹤系統(tǒng)
2.1 天基無源跟蹤系統(tǒng)信息處理
2.1.1 天基光學監(jiān)視系統(tǒng)的信息處理
2.1.2 非合作輻射源目標探測系統(tǒng)的信息處理
2.2 空間非合作目標天基可探測性分析
2.2.1 天基光電傳感器的可見性
2.2.2 非合作輻射源目標探測系統(tǒng)的可探測性
2.3 空間目標天基僅測角跟蹤模型
2.3.1 坐標系定義及轉換
2.3.2 空間目標運動描述
2.3.3 天基僅測角跟蹤的觀測方程
2.4 觀測數(shù)據(jù)預處理方法
2.4.1 物理量綱復原
2.4.2 測角數(shù)據(jù)跳變消除
2.4.3 觀測數(shù)據(jù)異常值處理
2.4.4 觀測噪聲平滑
參考文獻
第3章 基于天基測角信息的初軌確定方法
3.1 天基僅測角短弧初定軌的迭代初值選取
3.1.1 天基僅測角初定軌的平凡解
3.1.2 考慮J2項攝動的簡單迭代法
3.1.3 基于經(jīng)典高斯法的信賴域方法
3.1.4 仿真實驗與分析
3.2 基于連續(xù)同倫算法的天基僅測角初定軌方法
3.2.1 拉普拉斯改進法
3.2.2 考慮攝動影響的單位矢量法
3.2.3 連續(xù)同倫算法基本理論
3.2.4 基于同倫路徑跟蹤算法的觀測條件方程組求解
3.2.5 基于弧長參數(shù)的同倫路徑跟蹤改進算法
3.2.6 雙星立體觀測下空間目標的初軌確定方法
3.2.7 仿真算例與分析
參考文獻
第4章 基于天基僅測角信息的跟蹤濾波算法
4.1 天基僅測角跟蹤的可觀測性與誤差特性
4.1.1 非線性控制系統(tǒng)可觀性定理
4.1.2 一般條件下相對動力學方程
4.1.3 單星對空間目標僅測角跟蹤可觀測性分析
4.1.4 跟蹤濾波誤差下限與系統(tǒng)可觀測度
4.2 天基僅測角跟蹤自主定軌虧秩分析
4.2.1 單星對空間目標僅測角跟蹤自主定軌虧秩分析
4.2.2 雙星編隊對空間目標僅測角跟蹤自主定軌虧秩分析
4.2.3 自主定軌虧秩問題的改進策略
4.3 單星對空間目標僅測角跟蹤濾波算法
4.3.1 單星對空間目標僅測角跟蹤模型
4.3.2 迭代UKF算法的推導
4.3.3 仿真實驗與分析
4.4 基于雙星編隊的天地聯(lián)合定軌方法
4.4.1 空間非合作目標的天地聯(lián)合定軌模型
4.4.2 平方根UKF算法及改進
4.4.3 仿真實驗與分析
參考文獻
第5章 基于抗差估計的天基僅測角跟蹤濾波算法
5.1 適于空間目標跟蹤定軌的抗差估計理論
5.1.1 抗差估計基本概念
5.1.2 抗差最小二乘估計
5.1.3 相關觀測抗差估計方法
5.2 基于抗差自適應濾波的跟蹤濾波算法
5.2.1 抗差自適應EKF算法
5.2.2 帶時變噪聲統(tǒng)計特性估計器的抗差自適應UKF算法
參考文獻
第6章 空間目標的雙行軌道根數(shù)生成方法
6.1 雙行軌道根數(shù)和SGP4模型介紹
6.2 空間目標的TLE擬合算法
6.2.1 非線性最小二乘估計
6.2.2 無奇異軌道根數(shù)及偏導數(shù)推導
6.2.3 仿真算例與分析
6.3 面向天基僅測角跟蹤應用的TLE生成算法
6.3.1 非線性最小二乘遞推算法
6.3.2 仿真算例與分析
參考文獻
第7章 空間目標的逼近技術
7.1 空間目標的快速軌道逼近技術
7.1.1 相對動力學方程
7.1.2 設定時間內(nèi)的快速軌道逼近方法
7.1.3 基于微分改正的攝動修正方法
7.1.4 仿真算例與分析
7.2 軌道交會控制研究
7.2.1 雙沖量Lambert交會算法
7.2.2 考慮觀測的雙沖量交會
7.2.3 多沖量軌道交會
參考文獻
第8章 觀測衛(wèi)星編隊控制問題研究
8.1 觀測衛(wèi)星編隊控制問題分析
8.1.1 衛(wèi)星編隊控制問題假設
8.1.2 絕對軌道參數(shù)預報偏差影響分析
8.1.3 控制輸出脈寬調(diào)制
8.2 觀測衛(wèi)星編隊構形的李雅普諾夫控制研究
8.2.1 構形捕獲與重構方案
8.2.2 跟飛編隊李雅普諾夫控制律
8.2.3 仿真算例與分析
參考文獻
第9章 觀測衛(wèi)星編隊防碰撞問題研究
9.1 衛(wèi)星編隊碰撞因素分析
9.1.1 編隊安全的相關定義
9.1.2 碰撞影響因素分析
9.1.3 碰撞影響因素解決策略
9.2 衛(wèi)星編隊碰撞預警算法研究
9.2.1 碰撞預警策略
9.2.2 變尺度直接逼近算法
9.2.3 仿真算例與分析
參考文獻
《空間非合作目標被動跟蹤技術與應用》：
而在數(shù)據(jù)關聯(lián)方面，美國采用探測器級別加中心級別的運作模式，編目維護的步驟為：①確認探測器級別的數(shù)據(jù)關聯(lián)；②對未關聯(lián)或錯誤關聯(lián)的數(shù)據(jù)在已知衛(wèi)星中進行識別；③更新數(shù)據(jù)庫的軌道根數(shù)，對剩下的無關聯(lián)目標（Uncorrelated Target，UCT）產(chǎn)生軌道根數(shù)和關聯(lián)數(shù)據(jù)，并公布更新的軌道根數(shù)。軌道根數(shù)的自動更新一般采用最小二乘法進行微分改進（Differential Correction，DC），約98.5%的軌道根數(shù)可以在無人干預的情況下自動更新。而“電子籬笆”的數(shù)據(jù)處理與其他常規(guī)監(jiān)視設備不同：物體穿過籬笆束時，接收站按55Hz的頻率采樣原始數(shù)據(jù)，實時傳給海軍空間司令部，計算信號峰值時刻的方向余弦，并與數(shù)據(jù)庫中預先計算值關聯(lián)；每次軌道根數(shù)更新時會預報未來36h穿越籬笆束的信息，通常97%的籬笆觀測值可以與已知衛(wèi)星關聯(lián)，因此“電子籬笆”對于UCT的分析尤為重要。
空間目標的編目信息一般用雙行軌道根數(shù)（Two—line Elements，TLE）形式表示，其軌道計算和預測模型算法則用相應的簡化普適攝動模型（Simplified General Perturbations 4，SGP4）來實現(xiàn)。SGP4模型考慮包括地球非球形J2／J3／J4項攝動、大氣阻力攝動（采用靜態(tài)非自旋的球形對稱的大氣模型）以及日月引力攝動等多種主要攝動因素影響，并在軌道計算精度和效率上有較好的折中，是目前國際上使用最為廣泛的空間目標軌道數(shù)據(jù)。目前，SGP、SGP4軌道計算與預報模型算法由Goddard空間飛行中心（Goddard Space Flight Center，GSFC）發(fā)布，但是TLE生成算法仍被保留，使其在應用時效性和廣泛性上受到限制。為此，一些學者對于TLE生成算法進行了研究，Byoung提出利用空間目標的瞬時密切軌道數(shù)據(jù)，經(jīng)過時間和坐標轉換擬合出該目標的TLE主要參數(shù)，但是只研究了單點擬合方法；Oliver等以空間目標的星載GPS數(shù)據(jù)作為觀測輸入，采用基于卡爾曼濾波的有攝運動微分方程數(shù)值方法，由目標運動狀態(tài)實時生成該目標基于SGP4模型的TLE參數(shù)，但是未考慮軌道奇點問題。李駿在對TLE格式和相應SGP4模型分析的基礎上，針對空間目標監(jiān)視應用中運動狀態(tài)未知的非合作目標，利用天基光學僅測角數(shù)據(jù)實現(xiàn)對TLE的擬合估計，可對目標編目根數(shù)進行實時維護更新，但采用的是數(shù)值方法且未給出偏導數(shù)表達式。
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