周美江 朱振才 楊根慶 吳會(huì)英 胡海鷹 張晟宇（上海微小衛(wèi)星工程中心，上海 201203）

天基光學(xué)同步帶目標(biāo)監(jiān)視跟蹤模式

周美江 朱振才 楊根慶 吳會(huì)英 胡海鷹 張晟宇
（上海微小衛(wèi)星工程中心，上海 201203）

目前的天基空間目標(biāo)觀測(cè)模式多利用自然交會(huì)方式，在長時(shí)間觀測(cè)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)空間目標(biāo)的遍歷，模式規(guī)劃中未考慮地氣光反照對(duì)觀測(cè)效率的影響。文章基于天基平臺(tái)太陽同步軌道的特點(diǎn)，在傳統(tǒng)自然交會(huì)模式的基礎(chǔ)上引入姿態(tài)協(xié)同，新規(guī)劃了兩種同步帶目標(biāo)觀測(cè)模式。將地氣光反照對(duì)天基空間目標(biāo)觀測(cè)的影響量化為相機(jī)的離軸角約束，引入模式規(guī)劃，得到的觀測(cè)模式即為不受地氣光反照影響的觀測(cè)模式，具有工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，然后對(duì)幾種觀測(cè)模式的觀測(cè)效率從姿態(tài)模式、遍歷時(shí)長、觀測(cè)弧長等方面進(jìn)行了評(píng)價(jià)。理論分析和仿真結(jié)果均表明，區(qū)域凝視在對(duì)同步帶目標(biāo)編目方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，遍歷時(shí)間小于1天，姿態(tài)模式相對(duì)簡(jiǎn)單，觀測(cè)弧段相對(duì)較長。

同步帶探測(cè)；地氣光反照；相機(jī)離軸角；觀測(cè)模式；覆蓋效率；航天器

1 引言

天基空間目標(biāo)監(jiān)視［1－4］涵蓋對(duì)已知目標(biāo)的編目定軌、對(duì)非合作目標(biāo)的監(jiān)視跟蹤、對(duì)新發(fā)射目標(biāo)的識(shí)別跟蹤、對(duì)空間碎片和隕落箭體的監(jiān)視預(yù)警、空間碰撞規(guī)避，以及空間作戰(zhàn)任務(wù)支援等各個(gè)方面，對(duì)空間態(tài)勢(shì)感知意義重大［5］。其中，由于地球同步帶是很多通信、廣播、氣象、預(yù)警和軍事偵察衛(wèi)星的集結(jié)地，使得同步帶探測(cè)成為空間目標(biāo)監(jiān)視體系中重要的一個(gè)分支。

當(dāng)前的同步帶探測(cè)多為通過天基平臺(tái)和目標(biāo)衛(wèi)星的自然運(yùn)動(dòng)形成的交會(huì)機(jī)會(huì)進(jìn)行觀測(cè)［6］，遍歷時(shí)間長，觀測(cè)效率較低。也有文獻(xiàn)基于同步帶目標(biāo)的傾角和升交點(diǎn)赤經(jīng)攝動(dòng)規(guī)律提出一種姿態(tài)協(xié)同的 “匯聚點(diǎn)”搜索模式，一定程度上提高了觀測(cè)效率，但依然不能保證一個(gè)搜索周期內(nèi)對(duì)同步帶目標(biāo)的全部覆蓋。另外，當(dāng)前的同步帶觀測(cè)模式由于未考慮地氣光反照的影響，實(shí)際工程應(yīng)用中的觀測(cè)效率與理論仿真存在一定差異。本文在傳統(tǒng)自然交會(huì)觀測(cè)模式的基礎(chǔ)上，新規(guī)劃了兩種姿態(tài)協(xié)同下的同步帶觀測(cè)模式，并在模式規(guī)劃中充分考慮地氣光反照對(duì)觀測(cè)效率的影響，通過理論分析和仿真驗(yàn)證對(duì)幾種觀測(cè)模式的觀測(cè)效率進(jìn)行對(duì)比。

2 天基平臺(tái)軌道

天基可見光空間目標(biāo)觀測(cè)的能力與天基平臺(tái)的軌道參數(shù)、姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力、相機(jī)視場(chǎng)，以及觀測(cè)模式密切相關(guān)。目前天基平臺(tái)常采用三種軌道［7－8］：低軌赤道圓軌道、亞同步帶赤道圓軌道和太陽同步軌道。相比于前兩種軌道受光照條件影響嚴(yán)重、觀測(cè)弧段短的缺點(diǎn)，采用太陽同步軌道，一方面天基平臺(tái)與太陽的夾角基本固定，探測(cè)載荷沿軌道面負(fù)法向安裝，指向軌道面一側(cè)進(jìn)行觀測(cè)，可有效克服太陽光照的影響（見圖1）；另一方面可使天基平臺(tái)具有良好的能源條件，降低衛(wèi)星設(shè)計(jì)難度；此外，太陽同步軌道的天基平臺(tái)不僅可以對(duì)高軌目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，還能兼顧對(duì)中低軌目標(biāo)的監(jiān)視跟蹤，是目前比較通用的空間目標(biāo)監(jiān)視軌道。

但由于軌道面與晨昏圈不重合，在軌道上某些弧段，衛(wèi)星星下點(diǎn)為被太陽照亮的區(qū)域，亮背景經(jīng)地氣光散射進(jìn)入相機(jī)視場(chǎng)，對(duì)暗弱目標(biāo)探測(cè)造成影響［9］。定義表征相機(jī)對(duì)地氣光抑制能力的離軸角γ為相機(jī)視軸與衛(wèi)星對(duì)大氣層邊界切線的夾角（見圖2）。當(dāng)衛(wèi)星星下點(diǎn)為亮區(qū)域時(shí)，離軸角需大于一定值，根據(jù)當(dāng)前相機(jī)研制能力，本文約定離軸角大于22°時(shí)地氣光才不會(huì)對(duì)觀測(cè)成像造成影響，在進(jìn)行觀測(cè)模式規(guī)劃時(shí)，必須考慮衛(wèi)星星下點(diǎn)為亮區(qū)域時(shí)的離軸角約束。

圖1 太陽同步軌道同步帶目標(biāo)探測(cè)示意Fig.1 Sun－synchronous orbit

圖2 離軸角的定義Fig.2 Definition of the camera off－axis angle

3 觀測(cè)模式規(guī)劃

除軌道設(shè)計(jì)外，觀測(cè)模式也是影響空間目標(biāo)探測(cè)能力的重要因素之一，本文基于太陽同步軌道，在傳統(tǒng)自然交會(huì)模式的基礎(chǔ)上引入姿態(tài)協(xié)同，設(shè)計(jì)規(guī)劃了兩種同步帶觀測(cè)模式。

3.1 自然交會(huì)模式

（1）模式定義

自然交會(huì)模式即相機(jī)固定在衛(wèi)星星體上，隨衛(wèi)星指向某一近似慣性空間方向，利用衛(wèi)星與目標(biāo)本身的軌道運(yùn)動(dòng)形成自然交會(huì)機(jī)會(huì)。以太陽同步軌道衛(wèi)星Sat為例進(jìn)行各觀測(cè)模式分析，相機(jī)為2°×2°方形視場(chǎng)，相機(jī)安裝在星體Y軸上，Sat衛(wèi)星的軌道參數(shù)如表1所示。

表1 Sat衛(wèi)星軌道參數(shù)（J2000系）Tab.1 Orbit parameter of Sat（J2000reference frame）

定義衛(wèi)星的準(zhǔn)慣性系S－XYZ［10］，原點(diǎn)S為衛(wèi)星質(zhì)心，Y軸為軌道面負(fù)法向，X軸在軌道面內(nèi)平行于赤道面從升交點(diǎn)指向降交點(diǎn)，Z軸符合右手定則，因?yàn)樘柾杰壍赖能壍烂骐S太陽進(jìn)動(dòng)，S－XYZ非嚴(yán)格意義上的慣性坐標(biāo)系。

（2）離軸角約束

假設(shè)地氣光邊界為一半徑為Re＋h的標(biāo)準(zhǔn)圓球，其中Re＝6 378.137km為地球赤道平均半徑，h＝100km為地氣光邊界高度。相機(jī)在準(zhǔn)慣性定向時(shí)，相機(jī)視軸沿軌道面負(fù)法向，衛(wèi)星在軌道上任何位置，相機(jī)視軸與大氣層邊界夾角都是一定的，即離軸角為一定值：

離軸角大于22°，所以自然交會(huì)模式下地氣光不會(huì)對(duì)探測(cè)任務(wù)造成影響。

（3）觀測(cè)效率

自然交會(huì)模式存在邊界密、中間疏、有覆蓋盲區(qū)等特點(diǎn)。圖3和圖4為采用自然交會(huì)模式連續(xù)觀測(cè)5天可覆蓋的同步帶?？梢钥闯?，即使連續(xù)觀測(cè)5天，也不能對(duì)±2°的GEO帶全部覆蓋，要提高觀測(cè)效率需要在準(zhǔn)慣性定向的基礎(chǔ)上引入姿態(tài)機(jī)動(dòng)協(xié)同進(jìn)行觀測(cè)。

圖3 觀測(cè)5天可覆蓋的同步帶Fig.3 Coverage area for 5days of observation

圖4 5天可覆蓋的同步帶局部放大Fig.4 Partial enlargement of 5－day coverage area

3.2 定點(diǎn)凝視模式

（1）模式定義

假設(shè)衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)沒有限制，相機(jī)可以透過地球或不受地氣光干擾進(jìn)行觀測(cè)，理論上凝視慣性空間任意一點(diǎn)，利用地球自轉(zhuǎn)1天就可對(duì)同步帶遍歷1次。但實(shí)際在軌時(shí)為保障能源供給，衛(wèi)星姿態(tài)有一定限制且需滿足離軸角約束，顯然整軌凝視一點(diǎn)難以滿足要求，需在升、降軌凝視同一緯度不同經(jīng)度的2點(diǎn)，如升軌凝視A點(diǎn)，降軌凝視B點(diǎn)。

（2）模式規(guī)劃

定點(diǎn)凝視模式下，衛(wèi)星需進(jìn)行滾轉(zhuǎn)＋偏航的復(fù)合姿態(tài)機(jī)動(dòng)。本文假設(shè)衛(wèi)星的偏航和滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)在±45°范圍內(nèi)，仿真發(fā)現(xiàn)，A、B點(diǎn)即使按偏航臨界角＋45°和－45°進(jìn)行選擇，在高緯度地區(qū)依然不能滿足離軸角≥22°的要求。如圖5所示，北極點(diǎn)附近尤為明顯。

由于衛(wèi)星為逆行軌道，軌道面與赤道面不完全垂直，導(dǎo)致極點(diǎn)附近的時(shí)機(jī)不能利用；而且凝視A點(diǎn)與B點(diǎn)衛(wèi)星偏航姿態(tài)有很大變化，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需在極點(diǎn)附近凝視點(diǎn)交換的地方留有一定時(shí)間進(jìn)行較大角度偏航機(jī)動(dòng)。所以實(shí)際應(yīng)用中可選擇圖6所示的觀測(cè)模式。

圖6中Lat1、Lat2、Lat3、Lat4為觀測(cè)模式特征點(diǎn)，ta、tn、td、ts為衛(wèi)星在特征點(diǎn)間運(yùn)行的時(shí)間間隔。特征點(diǎn)與凝視點(diǎn)的選擇受衛(wèi)星機(jī)動(dòng)能力限制，此外二者又相互制約影響相機(jī)離軸角。下面詳細(xì)介紹特征點(diǎn)與凝視點(diǎn)的選擇原則。

圖5 臨界偏航角選擇凝視點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的離軸角曲線Fig.5 Camera off－axis angle when staring point is selected by critical attitude yawing

圖6 定點(diǎn)凝視模式Fig.6 Point staring mode

1）單點(diǎn)覆蓋原則。對(duì)于單個(gè)凝視點(diǎn)，比如A點(diǎn)，希望第2天的覆蓋能補(bǔ)全第1天未覆蓋的部分，如圖7所示，希望第16圈的覆蓋至少應(yīng)從第1圈覆蓋的結(jié)束邊界開始。即有關(guān)系：

圖7 單個(gè)凝視點(diǎn)兩天覆蓋示意Fig.7 Coverage of single point for 2days

式中 V為地球自轉(zhuǎn)速率，V＝360°／86 164.1s；T為衛(wèi)星交點(diǎn)周期，T＝ta＋tn＋td＋ts＝5 892s；θ為非整圈余角，θ＝V·mod（86 164.1／T）。聯(lián)立可得升軌凝視時(shí)間為：

2）兩點(diǎn)覆蓋原則。對(duì)于凝視點(diǎn)A、B，希望選擇合適的初始夾角，使凝視B點(diǎn)覆蓋的部分能補(bǔ)全凝視A點(diǎn)未覆蓋的部分（見圖8），希望第n圈凝視B點(diǎn)的覆蓋與第1圈凝視A點(diǎn)的覆蓋相連。即A、B點(diǎn)的初始夾角應(yīng)滿足關(guān)系：

A、B點(diǎn)間夾角越大越有利于提高離軸角，但不能超過90°（偏航不超過±45°）。衛(wèi)星運(yùn)行1圈，同步帶轉(zhuǎn)過360（°）／86 164.1s×5 892s＝24.617 2°，所以A、B點(diǎn)間夾角對(duì)應(yīng)時(shí)間不能超過3圈，選擇n＝3；約定南緯70°以下做大角度姿態(tài)調(diào)整，即ts＝605s，則A、B間夾角應(yīng)為：

圖8 凝視兩點(diǎn)一天無重復(fù)覆蓋示意Fig.8 Coverage of 2points for 1day

3）凝視點(diǎn)與特征點(diǎn)分布。令凝視點(diǎn)A、B對(duì)稱分布，若當(dāng)前時(shí)刻衛(wèi)星在J2000系下的升交點(diǎn)赤經(jīng)為Ω，凝視緯度為φ＊的同步帶，則A、B點(diǎn)在J2000系下的赤經(jīng)和赤緯如表2所示。凝視B點(diǎn)的時(shí)間至少應(yīng)與凝視A點(diǎn)的時(shí)間相等，即td＝ta＝2 216s，則tn＝T－td－ta－ts＝855s，即北緯62.4°以上進(jìn)行大角度姿態(tài)調(diào)整。特征點(diǎn)如表3所示。

表2 凝視點(diǎn)J2000系下的赤經(jīng)赤緯Tab.2 Longitude and latitude of staring point in J2000reference frame

表3 特征點(diǎn)相關(guān)信息Tab.3 Information of feature point

4）姿態(tài)角與離軸角。一軌內(nèi)衛(wèi)星按3－1－2順序旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角和相機(jī)離軸角如圖9和圖10所示。由于升軌和降軌偏航方向相反，所以圖9中偏航角曲線為兩條不連續(xù)曲線。由圖9和圖10可知，定點(diǎn)凝視模式下的偏航和滾轉(zhuǎn)角在姿態(tài)允許范圍［－45°，＋45°］內(nèi)，南緯70.0°～北緯62.4°之間成像的相機(jī)離軸角不小于22°，滿足姿態(tài)角和離軸角約束。

圖9 定點(diǎn)凝視模式下3－1－2順序的姿態(tài)角曲線Fig.9 Attitude curve in sequence 3－1－2in point staring mode

圖10 定點(diǎn)凝視模式下的離軸角曲線Fig.10 Camera off－axis angle curve in point staring mode

（3）觀測(cè)效率。

基于以上條件，采用定點(diǎn)凝視模式進(jìn)行同步帶探測(cè)27圈即可遍歷。此模式下相機(jī)視軸指向慣性空間一定點(diǎn)，同步帶目標(biāo)隨地球自轉(zhuǎn)經(jīng)過相機(jī)視場(chǎng)，二者的交會(huì)速度即為同步帶自轉(zhuǎn)速度：360（°）／86 164.1s＝0.250 68（°）／min；相機(jī)可觀測(cè)到的最長弧段（目標(biāo)從對(duì)角線方向經(jīng)過相機(jī)視場(chǎng)）為×2（°）／（0.250 68（°）／min）＝11.28min。

由于太陽同步軌道的軌道面隨太陽進(jìn)動(dòng)，凝視同一定點(diǎn)衛(wèi)星每天的偏航姿態(tài)都有微小的變化（每天最大0.985 6°），在一個(gè)遍歷周期27圈內(nèi)，這個(gè)變化可以忽略。但若進(jìn)行長時(shí)間的定點(diǎn)凝視觀測(cè)，衛(wèi)星的偏航姿態(tài)變化可能超出極限，此時(shí)需要每隔幾個(gè)遍歷周期就重新選擇一次凝視點(diǎn)。

3.3 區(qū)域凝視模式

（1）模式定義

定點(diǎn)凝視通過偏航＋滾轉(zhuǎn)姿態(tài)機(jī)動(dòng)使相機(jī)視軸指向慣性空間中某一定點(diǎn)。若只進(jìn)行滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)，令相機(jī)視軸指向某一固定緯度的同步帶，則利用衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)引起的相機(jī)東進(jìn)或西退與同步帶目標(biāo)東進(jìn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生交會(huì)機(jī)會(huì)，相比于定點(diǎn)凝視模式，相機(jī)掃過同步帶的速度加快或減慢，將這種模式稱為區(qū)域凝視模式。

（2）模式規(guī)劃

首先考慮遍歷時(shí)長。

衛(wèi)星從升交點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到降交點(diǎn)，相機(jī)視軸在同步帶上東進(jìn)；從降交點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到升交點(diǎn)，相機(jī)視軸在同步帶上西退，半軌內(nèi)相機(jī)東進(jìn)或西退的角度θS為

半軌內(nèi)同步帶東進(jìn)的角度θT為

半軌內(nèi)太陽同步軌道軌道面東進(jìn)的角度θO為

所以，衛(wèi)星成像半軌時(shí)間內(nèi)，相機(jī)視軸在經(jīng)度方向上掃過的同步帶Φ為

式（9）中衛(wèi)星從降交點(diǎn)成像到升交點(diǎn)取 “＋”號(hào)，從升交點(diǎn)成像到降交點(diǎn)取 “－”號(hào)。為加快覆蓋，式（9）取 “＋”，衛(wèi)星從降交點(diǎn)到升交點(diǎn)間開機(jī)成像。

可知第k軌相機(jī)視軸在經(jīng)度方向上掃過的同步帶Φ降－升為

第k＋1軌相機(jī)視軸在經(jīng)度方向重復(fù)覆蓋第k軌已覆蓋的同步帶Δ降－升為

所以采用區(qū)域凝視模式，令相機(jī)視軸始終指向緯度為φ＊的同步帶，每軌都在降交點(diǎn)到升交點(diǎn)間開機(jī)成像，覆蓋φ＊±1°同步帶所需時(shí)間t為

式（12）中floor（x，y）指x除以y的商向下取整，mod（x，y）指x除以y的余數(shù)。

其次考慮姿態(tài)角與離軸角。

區(qū)域凝視模式下衛(wèi)星所需滾轉(zhuǎn)角和相機(jī)離軸角均與衛(wèi)星的星下點(diǎn)緯度及凝視緯度相關(guān)，圖11和圖12為對(duì)φ＊＝0°的同步帶進(jìn)行區(qū)域凝視對(duì)應(yīng)的滾轉(zhuǎn)角和離軸角曲線。

由圖11可知，區(qū)域凝視模式下，滾轉(zhuǎn)角在姿態(tài)允許范圍［－45°，＋45°］內(nèi)；由圖12可知，衛(wèi)星從降交點(diǎn)到升交點(diǎn)間開機(jī)成像，南極點(diǎn)附近的離軸角將略小于22°，這時(shí)可選擇在夏季進(jìn)行試驗(yàn)，此時(shí)南極圈地表為暗，成像不受地氣光反照的影響，無需考慮離軸角約束。

圖11 區(qū)域凝視模式下的滾轉(zhuǎn)角曲線Fig.11 Roll angle curve in regional staring mode

圖12 區(qū)域凝視模式下的離軸角曲線Fig.12 Camera off－axis angle curve in regional staring mode

（3）觀測(cè)效率

上面的分析指出，區(qū)域凝視遍歷時(shí)長為23.8h。區(qū)域凝視模式下相機(jī)在同步帶上運(yùn)行的速度不均勻（極點(diǎn)附近快，升降交點(diǎn)附近慢），平均速度為31.51（°）／（5 8 9 2s／2）＝0.641 8（°）／min。相機(jī)可觀測(cè)到的最長弧段應(yīng)用最小速度來計(jì)算，當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)到升、降交點(diǎn)附近時(shí)，相機(jī)掃過同步帶的速度最小，為同步帶自轉(zhuǎn)速度，所以相機(jī)可觀測(cè)到的最長弧段即定點(diǎn)凝視模式的最長弧段，為11.28min。

4 覆蓋效率分析

前面對(duì)自然交會(huì)、定點(diǎn)凝視和區(qū)域凝視3種觀測(cè)模式的基本原理進(jìn)行了介紹，現(xiàn)基于同步帶目標(biāo)的分布特性，以某一緯度范圍同步帶為例，對(duì)3種模式的覆蓋效率進(jìn)行對(duì)比。統(tǒng)計(jì)軌道半徑在（42 164.2±100）km（周期85 857.8～86 470.9s）內(nèi)所有在軌使用的403顆同步帶衛(wèi)星，傾角在4°以內(nèi)的目標(biāo)有355個(gè)，占總數(shù)的88%。以±4°同步帶目標(biāo)為例進(jìn)行仿真。

不同季節(jié)同步帶目標(biāo)受光照條件不同，仿真結(jié)果也會(huì)有所不同。春秋分前后，部分同步帶目標(biāo)受地球遮擋處在陰影區(qū)，對(duì)±4°的同步帶目標(biāo)，一年中約有136天（春秋分前后各34天）的時(shí)間每天約半天處在地影中。這段時(shí)間內(nèi)自然交會(huì)和區(qū)域凝視相比其他時(shí)間觀測(cè)效率有所下降。以春分前8天（2014年3月13日～3月21日）和夏至前8天（2014年6月13日～6月21日）兩種極端工況為例進(jìn)行仿真，3種模式觀測(cè)效率對(duì)比如表4～表6所示。

表4 3種觀測(cè)模式觀測(cè)效率Tab.4 Coverage efficiency of 3observation modes

表5 3種觀測(cè)模式對(duì)±4°同步帶春分前8天的可見情況Tab.5 Accessing of 3observation modes for 8days of simulation before vernal equinox%

表6 觀測(cè)模式對(duì)±4°同步帶夏至前8天的可見情況Tab.6 Accessing of 3observation modes for 8days of simulation before summer solstice%

由表4～表6可知，不同季節(jié)進(jìn)行觀測(cè)對(duì)自然交會(huì)和區(qū)域凝視模式影響較大，定點(diǎn)凝視模式影響很小。但不論什么時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)，三種模式總體呈現(xiàn)如下規(guī)律：

1）自然交會(huì)姿態(tài)模式簡(jiǎn)單，衛(wèi)星在軌道上任何位置離軸角都相等，相機(jī)無需進(jìn)行開關(guān)機(jī)切換，但遍歷時(shí)間長，且存在覆蓋盲區(qū)；

2）定點(diǎn)凝視姿態(tài)模式復(fù)雜，但可以獲得較大的離軸角，且重復(fù)覆蓋效果明顯，觀測(cè)弧段長，遍歷時(shí)長也相對(duì)較短；

3）區(qū)域凝視相比于定點(diǎn)凝視，姿態(tài)模式相對(duì)簡(jiǎn)單，遍歷時(shí)長更短，觀測(cè)弧段也較長，是進(jìn)行同步帶目標(biāo)編目性價(jià)比較高的觀測(cè)模式。

5 結(jié)束語

本文基于太陽同步軌道對(duì)幾種同步帶目標(biāo)觀測(cè)模式進(jìn)行了規(guī)劃和分析，在觀測(cè)模式規(guī)劃中著眼于實(shí)際工程應(yīng)用，充分考慮了地氣光反照對(duì)觀測(cè)模式的影響，將地氣光反照量化為相機(jī)的離軸角約束，通過衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動(dòng)來滿足離軸角約束，從而規(guī)避地氣光反照對(duì)觀測(cè)的影響。最后以±4°的355顆同步帶目標(biāo)為例，對(duì)幾種觀測(cè)模式進(jìn)行了仿真對(duì)比，結(jié)果表明，區(qū)域凝視姿態(tài)模式相對(duì)簡(jiǎn)單，遍歷時(shí)長23.8h，相對(duì)較短，觀測(cè)弧段最長6.65min，相對(duì)較長，在同步帶編目方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

［1］ 吳技.國外航天偵察系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.電訊技術(shù)，2009，49（5）：108－114.

WU JI.Current status and development of foreign space reconnaissance systems［J］.Telecommunication Engineering，2009，49（5）：108－114.

［2］ 王杰娟，于小紅.國外天基空間目標(biāo)監(jiān)視研究現(xiàn)狀與特點(diǎn)分析 ［J］.裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，17（4）：33－37.

WANG JIEJUAN，YU XIAOHONG.The current development and characteristics analysis of foreign space based space surveillance［J］.Journal of the Academy of Equipment Command ＆Technology，2008，17（4）：33－37.

［3］ 李駿.天基光學(xué)空間目標(biāo)監(jiān)視跟蹤關(guān)鍵技術(shù)研究 ［D］.長沙：國防科技大學(xué)，2009：1－2.

LI JUN.Research on key technologies of space objects surveillance and tracking in space－based optical surveillance［D］.Changsha：National University of Defense Technology，2009：1－2.

［4］ 駱文輝，楊建軍.國外空間監(jiān)視系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.飛航導(dǎo)彈，2008（4）：25－31.

LUO WENHUI，YANG JIANJUN.Current status and development of foreign space surveillance system［J］.Aerodynamic Missile Journal，2008（4）：25－31.

［5］ 張科科，付丹鷹.天基空間目標(biāo)可見光遙感器的先期研究 ［J］.紅外與激光工程，2006，35（增A）：62－65.

ZHANG KEKE，F(xiàn)U DANYING.Research in advance on space－based visible sensor［J］.Infrared and Laser Engineering，2006，35（Plus A）：62－65.

［6］ 余建慧，蘇增立，譚謙.空間目標(biāo)天基光學(xué)觀測(cè)模式分析［J］.量子電子學(xué)報(bào)，2006，23（6）：772－776.

YU JIANGHUI，SU ZENGLI，TAN QIAN.Analysis on the space－based optic observation mode for space object［J］.Chinese Journal of Quantum Electronics，2006，23（6）：772－776.

［7］ 刁華飛，李智.天基光學(xué)空間監(jiān)視指向策略研究［J］.航天控制，2011，29（6）：39－43.

DIAO HUAFEI，LI ZHI.The research on the pointing strategy of space－based visible space surveillance［J］.Aerospace Control，2011，29（6）：39－43.

［8］ SANCHEZ N，CASAL E O，MEREDES R L，et al.Space based optical lmages within a space surveillance system［C］.The 59th International Astronautical Congress，Scotland，2008.

［9］ 原育凱，陳宏宇，吳會(huì)英.在軌航天器地氣光環(huán)境分析［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，37（2）：136－139.

YUAN YUKAI，CHEN HONGYU，WU HUIYING.In－orbit spacecraft′s Earth and atmosphere radiation environment analysis［J］.Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics，2011，37（2）：136－139.

［10］ 楊嘉墀.航天器軌道動(dòng)力學(xué)與控制［M］.北京：中國宇航出版社，1995：37－38.

YANG JIACHI.Spacecraft orbital dynamics and control［M］.Beijing：China Astronautic Publishing House，1995：37－38.

GEO Objects Surveillance and Tracking Mode of Space－based Optical System

ZHOU Meijiang ZHU Zhencai YANG Genqing WU Huiying HU Haiying ZHANG Shengyu
（Shanghai Engineering Center For Microsatellites，Shanghai 201203）

Currently，the most commonly used pattern in space target observation of space－based optical system is natural intersection mode which needs a long coverage period，and the effect of atmosphere radiation of the earth on space target observation is not estimated.Based on the characteristics of space－based platforms on sun－synchronous orbit，several observation modes for GEO targets were planned and analyzed，transforming the effect of atmosphere radiation of earth on space target observation into a camera off－axis angle constraints，which is valuable for engineering application.The observation efficiency was evaluated from several aspects such as attitude modes，coverage time and observing arc.Both theoretical analysis and simulation results show that the regional staring mode has a big advantage for GEO object observation.The coverage time is less than 24hours，while the attitude mode is comparatively simple，and the observing arc is longer.

Observation of GEO objects；Atmosphere radiation of earth；Camera off－axis angle；Observation mode；Coverage efficiency；Spacecraft

10.3780／j.issn.1000－758X.2015.03.005

周美江 1989年生，2012年獲哈爾濱工業(yè)大學(xué)飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)碩士學(xué)位，工程師。研究方向?yàn)楹教炱鬈壍绖?dòng)力學(xué)與控制。

（編輯：高珍）

2014－07－11。收修改稿日期：2014－08－27