HEO星座对助推段目标的探测和跟踪能力研究

到 最 大 的７ ．６ ，而 探测 率 （ 覆 盖 ） 为８ ．６ ９８ ％ 全 仅 ７３ ％。 可见 ， 双 星立体 观测 率和 探测 率是相 互 矛盾 、此消 彼长 的。 选择 Ｈ Ｏ１ Ｅ
（ 近地 点 幅角 ２ ０ 升 交 点赤 经２ ０２ ９ 真 近点 角 １ ０ ） ７ 。／ ２ ． １ 。／ ５ 。 ８ 和 ＨＥ ２ （ 地 点 幅角 ２ ０ 升交 点 赤 经４ ．１ ９ 真 近 点 角 ０ 近 ７ 。／ ０２ 。／ ５ １ Ｏ ），ＨＥ 星 座覆 盖模 型 如 图１ ７。 ０ 。两 颗卫 星通 过配 合 ，确保 至 少能 有 一颗 卫 星始 终 监视 北 冰洋 地 区 ，这 样 既保 证对 北极 的 持续 监视 ，又尽 可能 大地提 高 了可立体 观测 的时 间。
射 导弹 ，这 一地 区需 要监 视。 Ｓ ＩＳ Ｈｇ Ｌ过 两 个大椭 圆轨 道 ＢＲ — ｉ ， ｈ￣ ＿ 卫 星 （ ＢＲ — Ｅ ） Ｓ ＩＳ Ｈ Ｏ 来获 得对此 区域 的探测 能力 。 忽 略短 周期 的摄动 影响 ，则椭 圆轨道 摄动 运动 方程 为 ：
ｉ ｆ ＝－ ４４ ”ｃ ｓｆ — 。 ｏ ３
２ ４
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Ｈ Ｏ星座对助推段 目标 的探测和跟踪能力研究 Ｅ
王 瑞 魏友国 张学志 （武汉军械 士官学校 武汉 谢 存 ４０７ ３ ０ ５）
摘要：依 据天基 红外高轨 系统的特点和任 务 ，分析 了大椭圆极地轨道红 外卫 星 系统 的对地覆盖和监视性 能，建 立了 大椭圆轨 道 系统的跟踪定位算法 。为提 高系统的跟踪性 能，对视 线交会定位原理所得到的结果作 了进 一步的卡 尔曼滤波 处理 ，进 而获得 了 目标速度和加速度估计。仿 真结果表 明，天基红外 高轨 系统可对全球 的 目标助推段 实施监视 ，并能及 时提供有效的 目标运动参数信息 。 关键词：天基红外 高轨 系统 ；助推段跟踪 ；卡 尔曼滤波
针 对天 基红 外 高 轨星 座 的预 警 能 力和 其 中助 推段 弹 道估 计 问题 ，本文 将详 细 分析 高 轨 星座 分布 模 型 ，并 论 述高 轨 星座 跟 踪 目标 的算 法 ，为研 究 先进 的导弹 防御技 术提供 理论 支持 。
１ ＨＥ Ｏ覆盖 能 力分析
由于 Ｇ ０ 星完 全 部署 在 赤道 上 空 ，无 法探 测发 生在 北 纬 Ｅ 卫 ８ 。 以上地 区的导 弹 发射 【 。 而导 弹 潜艇 经 常从 北 极地 区发 ２ ～
０ 引言
对 目标 助 推 段 预 警 是 导 弹 防御 中 非 常 重 要 的 环 节 。 由于 Ｄ Ｐ 警 系统 在 覆 盖 性 能 、 预警 时 间 和 落 点 估 计 等 能 力 上 的 Ｓ预 不足 ，美 国 军 方正 在 规 划 用 天 基 红 外 系 统 的 高 轨 （ ＢＩ Ｓ Ｓ Ｒ — Ｈ ＧＨ ）星座 对 弹 道 导 弹助 推 段 实 施 更 为 有效 的全 程 监视 Ｊ Ｉ 。 Ｓ Ｉ Ｓ Ｈｉｈ 星 系 统计 划 有 ７ ，其 中５ 为 地球 静止 轨道 ＢＲ — ｇ 卫 颗 颗 （ Ｅ ） 星 ，２ 为 大椭 圆轨道 （ ０ ） Ｇ ０ 卫 颗 ＨＥ 卫星 。 该 系统 主要 依 据红 外 探测 器检 测 得 到 的 目标 助 推 段 的红 外特 性 分析 跟 踪 目 标 ，争 取尽 早 发 现 目标 。有 关 文 献对 天基 红 外低 轨 星座 和 同步 轨道 卫星对 空 间 目标 的跟踪 滤波 算法 作 了比较 Ｊ ，但大椭 圆轨 道 的卫星， 目标 距离 较远， 与 可观 测性较 弱， 其估计 性能 受预警 星座 分 布、 目标 相 对位 置 等 因素 影 响 ，须对 高 轨 红外 系统 作 深 入 的
跟踪 能力研 究。
时对 区 域 可见 ） 分析 ， 当Ｈ Ｏ１ＨＥ 的 真 近点 角相 差 大 于 率 Ｅ ／ ０２
１ ．２ ７ ｅ 时 ，星 座对 该 区域 百 分之 百覆盖 ，但双 星立 体观 测 ０ ８ｄ ｇ ４ 的率只 有６ ． ％ ；真 近点角 相差 为Ｏ ｅ 时 ，双星 立体观 测率达 ６５ ０ ｄｇ
到该 区 域 的不 足 ，它们 的 近地 点 幅角 应 为２ ０ ；ＨＥ ７ 。 Ｏ周期 为 １ｈ ２ ，地 球 自传 周 期２ ｈ ４ ，升 交 点赤 经 （ Ａ Ｎ ）的大小 对ＨＥ Ｒ Ａ ０ 的探测 性能 没有本 质影 响。 Ｇ Ｏ－ 星 在北 纬８ 。 以上 区域 并 不全 可观 测 ，利 用Ｓ Ｋ Ｅ Ｐ ２ Ｔ 软 件 对 北纬 ８ 。 以上 区域 进 行全 覆 盖率 和 可全 立体 观测 （ ２ 双星 同
式 （ １）中 ， ａｅ ， ｍ￣Ｍ 为 轨 道 根 数 ，分 别 表 示 半 长 ，， Ｑ， １ ］
轴 、偏 心 率 、 轨 道倾 角 、 升 交 点 赤 经 、 近 地 点 辐 角 和 平 近 点
角 ； Ｊ 为地 球动 力学 因子 （ ， ＝ ．０ ０ ２ ３ １） ２ ‘ Ｏ０ １ ８ ６ ６ 。 ’
—
—
２ Ｐ
一
ｆ ）
…
图１ Ｅ Ｏ覆盖 模型 Ｈ
：
（ 三ｉ ｉ １ ｓ２√ 一 ｎ）
２ Ｐ ２
２ Ｈ Ｏ卫星对 助推 段 目标 的定 位 Ｅ
利 用 两颗 高 轨预 警 卫 星 同时观 测 的信 息 来确 定 飞行 器 的轨 迹参 数 的 方法 ，简 称 为双 星定 位 【ｌ 它本质 上 属于 地面 靶 场试 ４。 验 中 的光 学测 量 双 站视 线 交会 定位 。在 卫星 探 测器 得 到 的 目标 俯 仰 角和 方位 角信 息 ，再通 过 计 算便 可确 定 导 弹某 一 时刻 的运 动状 态。
为确 保 对 地球 北极 的最 大监 视 能 力 ，考虑 在 地球 扁 率作 用 下 ，当拱点 进动率 为Ｏ 西 ＝ ） ，可 以保 证轨 道再 轨道 面 内的 方 （ Ｏ时 向不 变 ，这 可使远 地 点 一直 停 留在 北半 球 ，在 １ ｚ 时 的周期 中 ｊ ２＼