(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211482639.9 (22)申请日 2022.11.24 (71)申请人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410073 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 杨乐平　龙洗　范大伟　 (74)专利代理 机构 长沙国科天河知识产权代理 有限公司 432 25 专利代理师 段盼姣 (51)Int.Cl. G01C 21/20(2006.01) G01C 21/24(2006.01) G06F 16/29(2019.01) G06F 16/23(2019.01) G06F 17/11(2006.01)G06N 3/12(2006.01) G06N 5/04(2006.01) (54)发明名称 基于光学传感器观测的GEO航天器机动检测 方法 (57)摘要 本申请涉及一种基于光学传感器观测的GEO 航天器机动检测方法。 所述方法包括： 根据观测 新息数据建立时间序列观测新息的结构因果方 程， 采用滑动窗口方法学习结构因果方程的参 数， 得到因果残差的时间序列信息； 利用因果残 差的时间序列信息和无机动情况下的理论残差 进行干预计算， 将最小干预影 响的时间序列信息 与预先设置的机动阈值进行比较， 若航天器发生 机动， 根据EKE方法和多个天基光学传感器测量 数据对初始轨道参数进行精密确定， 利用精密轨 道参数和空间目标轨道数据库中的原有轨道参 数建立轨道优化模型， 根据优化算法对轨道优化 模型进行求解， 得到机动检测参数。 采用本方法 能够提高机动检测准确率和时效率。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 115523927 A 2022.12.27 CN 115523927 A 1.一种基于光学传感器观测的GEO航天器机动检测方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 获取光学传感器的观测数据和空间目标轨道数据库； 将所述观测数据和空间目标轨道数据库中的理论数据进行作差， 得到观测新息数据； 根据所述观测新息数据建立 时间序列观测新息的结构因果方程， 将观测信 息作为结构 因果方程的输入， 采用滑动窗口方法学习 所述结构因果方程的参数， 得到因果残差的时间 序列信息； 利用所述因果残差的时间序列信 息和无机动情况下的理论残差进行干预计算， 得到最 小干预影响的时间序列信息； 将所述最小干预影响的时间序列信息与预先设置的机动阈值 进行比较， 得到航天器的机动判断结果； 根据所述机动判断结果， 若航天器发生机动， 采用Double ‑r方法和所述光学传感器的 观测数据对机动后的目标进行初始轨道参数确定， 根据EKE方法和多个天基光学传感器测 量数据对初始轨道参数进行精密确定， 得到精密轨道参数； 利用所述精密轨道参数和所述空间目标轨道数据库中的原有轨道参数建立轨道优化 模型， 根据优化算法对所述轨道优化模 型进行求解， 得到机动检测参数， 并将所述精密轨道 参数更新至所述空间目标轨道数据库。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 根据 所述观测新息数据建立 时间序列观测 新息的结构因果方程， 包括： 根据所述观测新息数据建立时间序列观测新息的结构因果方程 为 其中， 为观测序列的窗口次序， 为整个观测区间内滑动窗口的个数， 是 的直接原因， 是第 个滑动窗口 的原因系数。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 将观测信息作为结构因果方程的输入， 采 用滑动窗口方法学习所述结构因果方程的参数， 得到因果残差的时间序列信息， 包括： 在观测新息中取一个合适的滑动 窗口， 在所述滑动 窗口内， 结合结构因果方程拟合出 因果系数与 残差， 将窗口以此向后滑动， 重复前面过程， 得到每个窗口内的结构因果方程的 残差， 直至得到因果残差的时间序列信息； 所述 合适的滑动窗口为数值 为100的滑动窗口。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 利用所述因果残差的时间序列信 息和无机 动情况下的理论残差进行干预计算， 得到最小干预影响的时间序列信息， 包括： 在所述因果残差的时间序列信 息中选择合适的窗口， 在所述窗口内根据因果残差和无 机动情况下 的理论残差进行干预计算， 得到当前窗口的最小干预影响； 将窗口以此向后滑 动， 重复干预计算， 计算每个滑动窗口内的最小干预影响， 直至得到最小干预影响的时间序 列信息； 所述 合适的窗口为数值 为100的窗口。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 在所述 窗口内根据因果残差和无机动情况 下的理论残差进行干预计算， 得到当前窗口 的最小干预影响， 包括： 在所述窗口内根据因果残差和无机动情况下的理论残差进行干预计算， 得到当前窗口 的最小干预影响 ， 其中， 表示有机动情况下的因果残差,   表示无机动情况 下的理论残差,   表示绝对值函数。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115523927 A 26.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 根据所述机动判断结果， 若航天器发生机 动， 采用Double ‑r方法和所述光学传感器的观测数据对机动后的目标进 行初始轨道参数确 定， 还包括： 根据所述机动判断结果， 若最小干预影响小于阈值， 则没有发生机动， 采用Double ‑r方 法进行轨道修 正， 并将得到的初始轨道参数返回至编目数据库。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 所述天基光学传感器测量数据包括状态方 程和观测方程； 若航天器发生机动， 采用Double ‑r方法和所述光学传感器的观测数据对机 动后的目标进行初始轨道参数确定， 根据EKE方法和多个天基光学传感器测量数据对初始 轨道参数进行精密确定， 得到精密轨道参数， 包括： 采用Double ‑r方法和所述光学传感器的观测数据对机动后的目标进行初始轨道参数 确定， 将所述初始轨道参数作为扩展卡尔曼 滤波的输入， 得到滤波结果； 利用所述滤波结果和状态方程对GEO航天器的位置进行 预测， 得到误差结果； 根据观测方程和观测数据对滤波增益进行计算， 利用得到的滤波增益更新误差， 直至 当滤波算法收敛时， 得到的精密轨道参数。 8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 利用所述精密轨道参数和所述空间目标轨 道数据库中的原有轨道参数建立轨道优化模型， 包括： 利用所述精密轨道参数和所述空间目标轨道数据库中的原有轨道参数通过公式转换， 得到航天器当前时刻的位置 矢量和速度矢量； 根据所述 位置矢量和速度矢量构建轨道优化模型。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 根据 所述位置矢量和速度矢量构建轨道优 化模型， 包括： 根据所述 位置矢量和速度矢量构建轨道优化模型为 其中， 表示航天器机动前的位置速度矢 量， 表示航天器机动后的位置速度矢 量,  表示机动时间的优化范围,   表示机动时间， 表示 方向脉冲,   表示 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115523927 A 3