基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法、介质及设备

本发明属于轨道设计与定轨预报复合，具体涉及一种基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法、介质及设备，适用于地月空间态势感知中对于平动点非合作目标的望远镜引导和精密定轨先验初值，实现长期监测与编目维持。

背景技术：

1、随着人类对地月空间的探索活动不断深入，地月平动点区域作为地月转移和空间感知的重要枢纽，其战略价值日益显著。然而，该区域航天器轨道运动受多体引力主导，呈现出强非线性与对初始条件的高度敏感性；同时，受地面光学观测距离远、月球背景光干扰及月相变化等因素制约，观测数据稀疏且分布不均，给非合作航天器的精确轨道确定与长期监测带来极大挑战。

2、现有技术主要存在以下问题：

3、第一，动力学预报误差急剧发散。平动点区域的强不稳定性使得轨道预报误差在短期内急剧放大，预报轨迹往往在数天内严重偏离真实轨道，导致后续观测窗口无法捕获目标，监测过程被迫中断。

4、第二，观测条件恶劣导致数据稀疏且存在机动不确定。目标视星等较低，地月连线方向月光背景噪声强，月相变化造成长时间观测不可行，观测弧段短而分散。稀疏数据难以支撑高精度轨道确定，且目标可能在观测间隙执行未知轨道保持机动，进一步加剧了轨道确定收敛难度与定位误差。

5、第三，传统跟踪监测模式缺乏全局约束。现有跟踪策略过度依赖最新的局部轨道确定结果，未充分利用目标历史运动所蕴含的全局动力学结构信息，在目标机动或模型不精确时缺少有效的纠错与备份机制，极易造成目标丢失和编目中断。

6、因此，亟需发展一种能够适应地月平动点区域强非线性和稀疏观测条件，且不依赖于连续高精度轨道确定的轨道构建与监测方法。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法、介质及设备，解决传统轨道跟踪方法在稀疏观测和强非线性环境下预报误差迅速发散、难以长期稳定监测非合作航天器的问题。本发明通过挖掘历史星历中的不变环面信息构建全局几何约束，并融合最新预报的局部真实运动趋势，构造能够在较长时间内与真实轨道保持相位同步的等效轨道，从而为望远镜观测引导和轨道改进提供可靠支持。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法，包括：

4、步骤1：获取目标航天器的历史星历数据，所述历史星历数据包含定轨外推结果和准相位同步轨道；

5、步骤2：基于历史星历数据构建初始有限时间环面邻域数据集，通过筛选去除其中的稳定流形和不稳定流形成分，逐步累积并分类得到历史容许环面星历集和最新容许环面星历集，所述历史容许环面星历集包含所有经筛选的星历数据，所述最新容许环面星历集包含最新的定轨外推结果经筛选后的数据；

6、步骤3：根据历史容许环面星历集计算主导相位参数，以表征目标环面的几何特征；

7、步骤4：基于主导相位参数，从最新容许环面星历集中提取真实靶点，基于历史容许环面星历集通过相位平均化方法构建虚拟靶点，将真实靶点与虚拟靶点组合得到混合靶点集合；

8、步骤5：在多点打靶框架下，以混合靶点集合中的各靶点作为打靶节点，以节点状态作为优化变量，以相邻节点之间的轨道连续性为约束条件，以真实靶点的状态修正量相对最小为目标构建优化问题；

9、步骤6：进行多点打靶，选取使得真实靶点状态修正量最小的解，作为目标航天器的准相位同步轨道。

10、可选地，步骤1中，所述历史星历数据包含目标航天器一个完整轨道周期的星历数据，用于构建初始有限时间环面邻域数据集。

11、可选地，步骤2中，所述历史容许环面星历集和最新容许环面星历集的得到过程为：

12、根据环面动力学特性识别并剔除对应于稳定流形和不稳定流形的须状结构数据，将保留的数据累积为历史容许环面星历集，并将仅由最新定轨外推结果筛选得到的数据作为最新容许环面星历集。

13、可选地，步骤3中，所述主导相位参数通过分析历史容许环面星历集中轨道状态的角度演化规律，提取反映环面几何结构变化的主频率对应的相位得到。

14、可选地，步骤4中，所述真实靶点的提取方式为：

15、按照预设的固定时间间隔对最新容许环面星历集进行采样，且使最后采样点的时间与最新容许环面星历集中的最近时间保持一致。

16、可选地，步骤4中，所述虚拟靶点的构建方式为：

17、基于主导相位参数，按照预设的相位序列将历史容许环面星历集中的轨道状态划分至不同的相位序列；对于每个相位，统计所有符合条件的轨道状态，计算平均轨道状态作为该相位对应的虚拟靶点的状态矢量；统计相邻相位之间的轨道状态的平均外推时间，确定虚拟靶点的时间分布。

18、可选地，步骤5中，所述优化问题的构建过程中，还设置真实靶点修正量阈值。

19、可选地，步骤6中，在求解时仅将修正量小于真实靶点修正量阈值的打靶收敛结果作为候选解，从候选解中选取真实靶点状态修正量最小的解作为准相位同步轨道，选取的解是满足环面邻域约束和准相位同步约束的轨道；

20、所述环面邻域约束是轨道状态位于目标环面邻域内，对于环面信息集合t和预设距离ε，轨道状态x满足d(x,t) ≤ ε，d表示距离；所述准相位同步约束是轨道与目标轨道的参数化角度量之差小于预设角度阈值；

21、其中，所述目标环面及其邻域由历史容许环面星历集和主导相位参数联合表征。

22、第二方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序使计算机执行如第一方面所述的基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法。

23、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现如第一方面所述的基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法。

24、本发明的有益效果是：（1）利用航天器历史星历数据提取环面动力学拓扑结构，通过构建虚拟靶点提供全局几何约束，克服了传统方法仅依赖局部轨道确定结果、缺乏长期鲁棒性的缺陷；（2）融合最新定轨外推结果构造真实靶点，保持对目标当前运动趋势的局部拟合能力，虚拟靶点与真实靶点协同作用，使得所构造的准相位同步轨道既能反映整体运动规律，又能跟踪近期真实状态；（3）在稀疏观测和未知轨道保持机动的条件下，方法不要求连续高精度轨道确定，能够有效抑制预报发散，为后续观测窗口提供可靠的望远镜引导和轨道改进初值；（4）通过多点打靶优化框架和修正量阈值控制，所得轨道在满足环面几何约束的同时最大程度保持与真实轨道的相位同步，显著提升非合作航天器长期跟踪的连续性和稳定性。

1.一种基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法，其特征在于：步骤1中，所述历史星历数据包含目标航天器一个完整轨道周期的星历数据，用于构建初始有限时间环面邻域数据集。

3.如权利要求1所述的一种基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法，其特征在于：步骤2中，所述历史容许环面星历集和最新容许环面星历集的得到过程为：

4.如权利要求1所述的一种基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法，其特征在于：步骤3中，所述主导相位参数通过分析历史容许环面星历集中轨道状态的角度演化规律，提取反映环面几何结构变化的主频率对应的相位得到。

5.如权利要求1所述的一种基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法，其特征在于：步骤4中，所述真实靶点的提取方式为：

6.如权利要求1所述的一种基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法，其特征在于：步骤4中，所述虚拟靶点的构建方式为：

7.如权利要求1所述的一种基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法，其特征在于：步骤5中，所述优化问题的构建过程中，还设置真实靶点修正量阈值。

8.如权利要求7所述的一种基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法，其特征在于：步骤6中，在求解时仅将修正量小于真实靶点修正量阈值的打靶收敛结果作为候选解，从候选解中选取真实靶点状态修正量最小的解作为准相位同步轨道，选取的解是满足环面邻域约束和准相位同步约束的轨道；

9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序使计算机执行如权利要求1-8任一项所述的基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现如权利要求1-8任一项所述的基于混合靶点的准相位同步轨道设计方法。