(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 202210671501.7 (22)申请日 2022.06.14 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 张刚　卿晨　叶东　吴宝林　 李化义　 (74)专利代理 机构 哈尔滨华夏松花江知识产权 代理有限公司 23213 专利代理师 时起磊 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 1/20(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于并行计算的航天器碰撞预警分层 快速筛选方法 (57)摘要 一种基于并行计算的航天器碰撞预警分层 快速筛选方法， 本发明涉及基于并行计算的航天 器碰撞预警分层快速筛选方法。 本发 明的目的是 为了解决现有筛选方法仅采用几何筛选和一些 简单的二体摄动环境下的筛选不能够满足精度 需求， 而均使用高精度数值方法进行筛选会消耗 大量时间， 实用性较小的问题。 过程为： 一、 利用 预筛选模块从几何角度上筛除不可能接近的空 间目标， 得到保留的空间目标； 二、 保留存在接近 风险的目标 以及接近时刻； 三、 得到最小接近距 离； 四、 得到碰撞概率， 与概率阈值比较后， 对大 于阈值的目标给出碰撞警告。 本发 明用于航天器 碰撞预警筛 选领域。 权利要求书5页 说明书9页 附图7页 CN 114936471 A 2022.08.23 CN 114936471 A 1.一种基于并行计算的航天器碰撞预警分层快速筛选方法， 其特征在于： 所述方法具 体过程为： 步骤一、 以空间目标的TLE根数作为初始数据， 首先解算得到所有目标的初始的轨道六 根数和近远地点， 然后利用预筛选模块从几何角度上筛除不可能接近的空间目标， 得到保 留的空间目标； 步骤二、 以目标航天器的历元时刻作为初始时刻， 将步骤一中得到的保留的空间目标 送入GPU中， 在GPU中首先利用线性J2模型在预报周期内进行遍历预报， 得到所有目标在相 应时间节 点的空间位置， 然后利用基于误差修正的BOX方法对所有目标进 行筛选， 保留存在 接近风险的目标以及接 近时刻， 送回CPU 进行储存； 步骤三、 将保留目标的每个接近时刻前后分别 扩充Δt得到预报时段， 利用SGP4模型对 所有目标在预报时段内进行预报， 得到最小接近距离， 保留最小接近距离小于等于最小距 离阈值的目标， 利用HPOP模型对保留的目标进行递推， 得到最小接 近距离； 步骤四、 利用步骤三中保留目标的历史TLE数据生成初始时刻的协方差矩阵， 并在二体 模型下线性外推到接近时刻， 得到协方差矩阵， 结合最小接近距离利用Pc方法的解析公式 得到碰撞概率， 与概率阈值比较后， 对大于阈值的目标 给出碰撞警告。 2.根据权利要求1所述一种基于并行计算的航天器碰撞预警分层快速筛选方法， 其特 征在于： 所述步骤一中以空间目标的TLE根数作为初始数据， 首先解算得到所有目标的初始 的轨道六根数和近远地点， 然后利用预筛选模块从几何角度上筛除不可能接近的空间目 标， 得到保留的空间目标； 具体过程 为： 使用的惯性系均为J20 00地心惯性坐标系； 空间中的主目标航天器是卫星， 备选目标 是卫星、 空间碎片； 使用SGP4模型对主目标和备选目标的TLE根数进行解算， 得到主目标和备选目标历元 时刻的初始轨道六根数和近远地 点； 采用预筛选模块从几何角度 上筛除不可能接近的空间目标， 几何角度 上筛除包含近远 地点筛选和倾角筛 选两个部分； 对于给定主目标和备选目标 的初始六根数分别为[ a1,e1,I1,Ω1,ω1,f1]和[a2,e2,I2, Ω2,ω2,f2]， 可以分别得到 两个轨道的对应的近远地 点 和 a1表示主目标对应的瞬时半长轴， e1表示主目标对应的离心率， I1表示主目标对应的目 标轨道的倾角， Ω1表示主目标对应的升/降交点赤经， ω1表示主目标对应的近地点角距， f1 表示主目标对应的真近点角； a2表示备选目标对应的瞬时半长轴， e2表示备选目标对应的离心率， I2表示备选目标对 应的目标轨道的倾角， Ω2表示备选目标对应的升/降交点赤经， ω2表示备选目标对应的近 地点角距， f2表示备选目标对应的真近点角； 对满足下式的目标删除 权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114936471 A 2式中， Δh为高度阈值， 表示主目标的远地点半径， 表示备选目标的远地点半径， 表示主目标的近地 点半径， 表示备选目标的近地 点半径， | |表示或； 记两个轨道面的角动量矢量分别为h1和h2， 轨道面交线矢径为： 继续计算得到 矢径分别和每条轨道交点的真近点角f±， 分别对应不同的矢径： 式中， 是升/降交点的矢径分别对应 和 |h3|表示交线矢径的模； 表示升/降 交点矢径的模； ωi表示轨道近地 点幅角； 从而可以通过式(5)求出两个轨道在同一交点处的轨道半径， 作差后与高度阈值比较， 将满足公式(6)的目标进行筛除： |r1‑r2|≥Δh             (6) 式中， r1表示两个轨道在同一交点处时轨道1的轨道半径， r2表示两个轨道在同一交点 处时轨道 2的轨道半径。 3.根据权利要求2所述一种基于并行计算的航天器碰撞预警分层快速筛选方法， 其特 征在于： 所述步骤二中以目标航天器的历元时刻作为初始 时刻， 将步骤一中得到的保留的 空间目标送入GPU中， 在GPU中首先利用线性J2模型在预报周期内进行遍历预报， 得到所有 目标在相应时间节点的空间位置， 然后利用基于误差修正的BOX方法对 所有目标进 行筛选， 保留存在接 近风险的目标以及接 近时刻， 送回CPU 进行储存； 具体过程 为： 将步骤一中得到的保留的空间目标， 送入GPU中， 在GPU中对步骤一保留的空间目标利 用线性J2模型在预报周期内进行轨道递推， 其中半长轴采用平均根数， 得到空间目标各预 报时刻的轨道六根数后， 基于空间目标各预报时刻的轨道六根数转化得到对应的惯性系下 空间位置， 继而得到待筛 选空间目标在主目标的轨道系下空间位置； 然后利用基于 迹向误差修 正的BOX方法对所有目标进行初步筛 选， 具体过程 为： 首先引入一个新的自变量对每个空间目标在轨道系下的位置误差的离散点进行线性 化： 式中， rp表示初始近地点半径， x表示用于线性化的新的自变量， e表示离心率， I表示目 标点纬度的倾角， Ω表示升 /降交点赤经； 取N个近地空间目标， 得到3天内沿迹向的误差最大值Δr， 从而可以得到一组数据序列 (xj,Δrj)(j＝1,2,. ..,N)， 使用拟合 函数如下：权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114936471 A 3