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近地目标探测的天基篱笆 版权信息
- ISBN：9787030718969
- 条形码：9787030718969 ; 978-7-03-071896-9
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>>
近地目标探测的天基篱笆 本书特色
本书具有重要的理论和实践价值，书中主要内容是未来我国在近地目标探测/识别和编目领域重要的思想创新。
近地目标探测的天基篱笆 内容简介
本书重点研究一种近地空间目标的天基探测系统——天基篱笆：在太阳同步轨道上安置若干个探测平台，每个平台安装两个望远镜，一个向前，一个向后，使得望远镜视场组成一个观测篱笆。由于它是天球上的大圆，每一个近地目标的轨道面（也是大圆），与该篱笆均有两个交点，因此，所有目标每一圈均能观测到两次，其中至少有一次没有地影，这就实现了200～1500km目标探测的全覆盖。此外，本书对平台高度和平台个数的关系、望远镜的视场、望远镜的指向及天基篱笆的探测星等和探测目标的大小、目标关联方法、新目标捕获方法与定轨精度等关键问题进行了研究。 本书适合于天文和航天专业的研究生阅读，也可供空间目标天基探测领域的专业工作者参考。
近地目标探测的天基篱笆 目录
目录
序
第1章 引言 1
1.1 在轨空间目标的现状 1
1.2 空间目标观测的需求 3
1.2.1 空间目标探测全覆盖 3
1.2.2 新目标的及时发现 3
1.2.3 小目标的探测 4
1.3 空间目标天基探测的现状 4
1.4 本书的研究内容 6
第2章 天基探测的基础 7
2.1 探测平台 7
2.1.1 平台的经典轨道 7
2.1.2 平台姿态和望远镜的安装 9
2.1.3 目标在CCD上的坐标 10
2.1.4 有效载荷 12
2.2 顺光探测的可见范围 14
2.2.1 可见弧长 14
2.2.2 可见范围 16
2.3 顺光望远镜的探测能力 20
2.3.1 目标距离、视运动角速度和曝光时间 20
2.3.2 探测星等 23
2.3.3 探测目标的大小 23
2.4 提高望远镜探测能力的途径 25
2.4.1 星象信噪比分析 25
2.4.2 四种提高探测能力的途径 25
2.5天 基探测的数据处理 28
2.5.1 观测图像处理 29
2.5.2 动目标的提取 29
2.5.3 天文定位 30
第3章 几种天基篱笆 34
3.1 顺光篱笆 34
3.1.1 顺光篱笆的平台个数 34
3.1.2 顺光篱笆的平台轨道高度 36
3.1.3 顺光篱笆的探测能力 36
3.1.4 顺光篱笆的优缺点 37
3.1.5 结论 38
3.2 沿轨篱笆 38
3.2.1 平台轨道和平台姿态 39
3.2.2 望远镜安装 39
3.2.3 平台数量和平台高度 39
3.2.4 沿轨方向的探测能力 42
3.2.5 沿轨篱笆方案的选择 48
3.2.6 地影问题 51
3.2.7 沿轨篱笆与顺光篱笆的比较 53
3.3 探测小碎片的天基篱笆 55
3.3.1 现在能制造的大望远镜 55
3.3.2 沿轨篱笆的探测能力 55
3.3.3 顺光篱笆的探测能力 56
3.3.4 两种方法比较 57
3.3.5 小结 57
第4章 轨道关联 59
4.1 地面观测的轨道关联方法 59
4.1.1 初选候选目标集合 59
4.1.2 已知目标的轨道关联-轨道比对方法 60
4.1.3 UCT数据处理-新目标的发现和捕获 62
4.2 沿轨篱笆的轨道关联 67
4.2.1 初选候选目标集合 67
4.2.2 已知目标的轨道关联-轨道比对方法 77
4.2.3 UCT数据处理方法 77
4.3 两种关联方法比较 83
4.3.1 关联成功率 84
4.3.2 关联效率 84
4.3.3 UCT 处理 84
4.4 沿轨篱笆的有预报观测 84
第5章 天基轨道改进 86
5.1 人造卫星轨道的根数系统 86
5.2 坐标系统及其转换 86
5.3 轨道改进 87
5.3.1 轨道改进的条件方程 88
5.3.2 轨道改进的收敛条件 90
5.4 模拟计算估计定轨精度 90
5.4.1 模拟计算方法 90
5.4.2 沿轨篱笆定轨精度估计 91
5.4.3 顺光篱笆与沿轨篱笆定轨精度比较 92
5.5 *佳定轨精度估计 93
5.5.1 *佳定轨精度估计方法 93
5.5.2 两种误差估计的比较 94
5.6 天基轨道改进的联合定轨 98
第6章 天基篱笆近期改进 100
6.1 天基探测的主要困难 100
6.2 克服困难的方法 100
6.3 改进后的天基篱笆 101
参考文献 103
附录A 坐标变化矩阵 104
附录B IAU2000岁差章动模型 112
附录C IAU2000B ICRS到CIRS的转换矩阵计算程序 119
附录D 计算可见区间程序 138
后记 147
序
第1章 引言 1
1.1 在轨空间目标的现状 1
1.2 空间目标观测的需求 3
1.2.1 空间目标探测全覆盖 3
1.2.2 新目标的及时发现 3
1.2.3 小目标的探测 4
1.3 空间目标天基探测的现状 4
1.4 本书的研究内容 6
第2章 天基探测的基础 7
2.1 探测平台 7
2.1.1 平台的经典轨道 7
2.1.2 平台姿态和望远镜的安装 9
2.1.3 目标在CCD上的坐标 10
2.1.4 有效载荷 12
2.2 顺光探测的可见范围 14
2.2.1 可见弧长 14
2.2.2 可见范围 16
2.3 顺光望远镜的探测能力 20
2.3.1 目标距离、视运动角速度和曝光时间 20
2.3.2 探测星等 23
2.3.3 探测目标的大小 23
2.4 提高望远镜探测能力的途径 25
2.4.1 星象信噪比分析 25
2.4.2 四种提高探测能力的途径 25
2.5天 基探测的数据处理 28
2.5.1 观测图像处理 29
2.5.2 动目标的提取 29
2.5.3 天文定位 30
第3章 几种天基篱笆 34
3.1 顺光篱笆 34
3.1.1 顺光篱笆的平台个数 34
3.1.2 顺光篱笆的平台轨道高度 36
3.1.3 顺光篱笆的探测能力 36
3.1.4 顺光篱笆的优缺点 37
3.1.5 结论 38
3.2 沿轨篱笆 38
3.2.1 平台轨道和平台姿态 39
3.2.2 望远镜安装 39
3.2.3 平台数量和平台高度 39
3.2.4 沿轨方向的探测能力 42
3.2.5 沿轨篱笆方案的选择 48
3.2.6 地影问题 51
3.2.7 沿轨篱笆与顺光篱笆的比较 53
3.3 探测小碎片的天基篱笆 55
3.3.1 现在能制造的大望远镜 55
3.3.2 沿轨篱笆的探测能力 55
3.3.3 顺光篱笆的探测能力 56
3.3.4 两种方法比较 57
3.3.5 小结 57
第4章 轨道关联 59
4.1 地面观测的轨道关联方法 59
4.1.1 初选候选目标集合 59
4.1.2 已知目标的轨道关联-轨道比对方法 60
4.1.3 UCT数据处理-新目标的发现和捕获 62
4.2 沿轨篱笆的轨道关联 67
4.2.1 初选候选目标集合 67
4.2.2 已知目标的轨道关联-轨道比对方法 77
4.2.3 UCT数据处理方法 77
4.3 两种关联方法比较 83
4.3.1 关联成功率 84
4.3.2 关联效率 84
4.3.3 UCT 处理 84
4.4 沿轨篱笆的有预报观测 84
第5章 天基轨道改进 86
5.1 人造卫星轨道的根数系统 86
5.2 坐标系统及其转换 86
5.3 轨道改进 87
5.3.1 轨道改进的条件方程 88
5.3.2 轨道改进的收敛条件 90
5.4 模拟计算估计定轨精度 90
5.4.1 模拟计算方法 90
5.4.2 沿轨篱笆定轨精度估计 91
5.4.3 顺光篱笆与沿轨篱笆定轨精度比较 92
5.5 *佳定轨精度估计 93
5.5.1 *佳定轨精度估计方法 93
5.5.2 两种误差估计的比较 94
5.6 天基轨道改进的联合定轨 98
第6章 天基篱笆近期改进 100
6.1 天基探测的主要困难 100
6.2 克服困难的方法 100
6.3 改进后的天基篱笆 101
参考文献 103
附录A 坐标变化矩阵 104
附录B IAU2000岁差章动模型 112
附录C IAU2000B ICRS到CIRS的转换矩阵计算程序 119
附录D 计算可见区间程序 138
后记 147
展开全部
近地目标探测的天基篱笆 节选
第1章引言 1.1在轨空间目标的现状 60多年来，世界各国进行的空间发射已经超过5000次，空间目标的数量超过47000个，美国CelesTmk网站给出了目标增长情况（图1.1)，其中，接近一半的目标已经陨落。美国国家航空航天局（NASA)给出了截至2021年1月5日的空间目标数量:在轨的空间目标有22036个，其中，近地空间目标有15724个，只有6539个是工作航天器，其余15497个均为空间碎片，现在能跟踪的碎片大小可达5cm，但是，在编目库中的碎片，仍然是近地空间碎片大小为10cm，同步碎片大小为1m。尺度小的空间碎片数量则要多得多，直径大于1cm的空间碎片数量超过了11万个，有人甚至说有40万个。 图1.1空间目标年增长情况 近年来，各国为了建设天基互联网通信系统，又发射了许多大型卫星星座，平均每个星座有几百个卫星，这也大大增加了在轨空间目标的数量，表1.1给出了这类空间目标的情况。需要特别说明的是，这些卫星星座大多选择了太阳同步轨道，这又增加了空间目标轨道关联的难度。如图1.2所示，轨道倾角在90°～100°的范围内，就集中了45%的近地空间目标。 表1.1国外大型空间目标星座简况 图1.3给出了近地空间目标的咼度分布。由图1.3可见，在800km和1400km附近有两个高峰，空间目标数量比较多。 图1.3近地空间目标的高度分布 1.2空间目标观测的需求 为了空间安全和航天器的安全，世界上主要的空间大国都建设了空间目标监视系统，进行空间目标编目。现在空间目标观测的要求大致如下。 1.2.1空间目标探测全覆盖 这里的“全覆盖”有两层含义：**是对空间目标的覆盖率，*好做到所有目标都能被望远镜视场覆盖到，只要望远镜探测能力足够强大，目标就能被观测到；第二是对空间目标运行每一圈的覆盖率，这样观测数据就比较均匀，有利于提高轨道计算的精度。 1.2.2新目标的及时发现 这里的“新目标”指的是新发射的目标和碰撞解体的目标，也包括目标变轨后，需要及时发现并重新测定轨道的目标。*好1～2h就能发现，并测定其轨道。 1.2.3小目标的探测 考虑到航天器的安全，我们希望监测到尽量小的空间碎片，当然越小越好，*好能观测到直径1～2cm的空间碎片。 1.3空间目标天基探测的现状 地面观测系统当然不能满足1.2节所提及的观测要求，因此，现在世界各国均将研究重点放在空间目标的天基探测上面。 空间目标的天基探测，是指将观测设备安装在天基平台上，对空间目标进行的探测。由于雷达设备需要很大的功率，一时无法进行雷达的天基探测，因此，在现阶段，空间目标的天基探测是指空间目标的光学探测，也就是将光学望远镜安装在卫星平台上对空间目标进行探测的方式（图1.4)。 图1.4天基探测示意图 1996年美国成功发射了MSX(Midcourse Space Experiment)卫星，它利用携带的天基可见光（SBV)探测器，开始了空间目标的天基探测。 SBV探测器的基本指标如下：平台地面高度为898km，15cm离轴三反式望远镜，焦距为45cm，设计光谱范围为300～900nm，用4个420x422、27的电荷親合器件（charge-coupleddevice，CCD)，视场为6.6°x1.4°，探测星等为14.5等，探测精度约为4〃。2000年，SBV探测器的观测结果正式纳入美国空间监视网（SSN)工作，对地球同步轨道（GEO)目标的编目做出了很大的贡献。 加拿大利用MOST(Microvariability and Oscillations of Stars)卫星[5]进行对全球定位系统（GPS)卫星的观测之后，掌握了一些天基探测技术，提出了Sapphire“蓝宝石”）卫星计划和NEOSSat(近地轨道监视卫星）计划。2013年，加拿大发射了这两个卫星，其平台仍采用明暗界线太阳同步轨道，轨道高度为786km。 Sapphire卫星的探测器也是15cm离轴三反式望远镜，1.4°x1.4°的视场，探测星等为15等，相当于0.9m的GEO目标。 NEOSSat探测器的视场要小一些，为0.85°x0.85°，如果曝光时间为100s，可以探测19.5等的近地天体，探测的GEO目标约为13.5等。 2010年，美国提出了雄心勃勃的SBSS(Space-Based Surveillance System)计划，平台高度降为630km，每天工作24小时，探测目标包括近地轨道（LEO)目标、GEO目标和近地小行星；采用30cm离轴三反式望远镜，CCD像元数为，望远镜有二维转台，其他指标不详。2010年首颗卫星发射后，计划可能停了下来，估计是探测器还需进一步改进。 欧洲空间局（ESA)从2007年开始了SBO(天基光学）卫星的研究，计划中的卫星指标为：20cm折轴施密特望远镜，F/2.05，视场为6°，2kx2k、18的CCD，可探测16等GEO目标，探测精度估计为3.5"。 以上这些卫星计划的平台均采用明暗界线太阳同步轨道。 除此以外，2013年，美国还提出了CubeSat(立方体卫星）计划，计划利用27个卫星，安置在GEO目标轨道上方500km的轨道上，组网对GEO目标进行观测，望远镜口径为5cm，视场为30°，由于要避开太阳，平台需要通过调姿观测。 从以上国外的研究情况看，天基探测平台均采用了明暗界线太阳同步轨道。探测对象基本上均是GEO目标，探测系统也只包括一个探测平台。 文献[6]也对空间目标的天基探测进行了研究，其中，针对GEO目标轨道倾角可能有20°，探测区域跨越-20°～+20°的纬度范围，以及有短期地影的问题，给出了解决方法；对于近地空间目标，探讨了近地目标探测全覆盖的问题。但是，只研究单平台的天基探测不能满足上述的观测要求，因此，我们必须研究多平台联网的空间目标的天基探测。 1.4本书的研究内容 本书集中研究近地空间目标的天基探测，因此，本书中所说的空间目标均是近地空间目标。 本书主要研究近地空间目标的天基多平台的联网探测，重点研究一种近地空间目标的天基探测系统一一天基篱笆：在一个轨道上安置若干个探测平台，它们的望远镜视场组成一个观测篱笆，由于该篱笆在天球上是一个大圆，每一个近地空间目标的轨道（也是大圆）与该篱笆均有两个交点，因此，所有近地目标每一圈都能进入这个篱笆区域两次。可以证明，其中至少有一次没有地影，因此，所有目标每一圈均能观测到1～2次，实现了近地空间目标天基探测的全覆盖，该系统有利于对空间态势的及时掌握。 本书共分为6章和4个附录，第1章为引言，主要讨论在轨空间目标的现状、空间目标观测的需求、空间目标天基探测的现状并介绍本书的研究内容；第2章为天基探测的基础，主要研究一种探测能力较强的顺光探测方式，并对顺光探测方式的探测能力和优缺点做了讨论；第3章为几种天基篱笆，这是本书的重点，主要提出沿轨篱笆的概念，它是一种形状为大圆的天基篱笆，又对沿轨篱笆的组成、望远镜指向、平台个数、平台高度等做了研究，理论和算例均说明，沿轨篱笆能实现空间目标探测全覆盖，每个目标运行一圈，均可以观测到1～2次，提高了新目标发现的及时性，此外，与顺光篱笆做了比较，还对1～2cm的小空间碎片的探测可能性做了研究；第4章为轨道关联，这是天基空间目标编目的重点，研究一种针对沿轨篱笆的关联方法，该方法可以对各平台做观测预报，给出空间目标的观测时间、位置和观测平台的序号，减少了候选目标集合的目标数，从而提高了关联的效率；第5章为天基轨道改进，讨论天基探测的定轨方法和定轨精度问题；第6章为天基篱笆近期改进，针对天基探测的现实困难，讨论解决途径，对空间目标天基篱笆的近期发展做了展望；附录研究了在天文历书改进后的坐标变换的复杂概念，给出了一种适合天基探测的坐标变换方法和一些Fortran程序。 希望本书能对有志于空间目标天基探测的年轻人有所帮助，促进我国空间目标探测事业的发展。
近地目标探测的天基篱笆 作者简介
吴连大，男，中国科学院紫金山天文台研究员，博士生导师，1941年出生，江苏常州人。1964年毕业于南京大学天文系，历任中国科学院天文委员会委员兼天体测量和天体力学学科组组长，创新团组首席研究员，中国科学院人造卫星观测研究中心主任，长期从事卫星动力学的理论、测轨方法、数据处理和空间碎片探测方法的研究。
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