张涛涛 白显宗 郝嘉 陈磊

（国防科学技术大学航天与材料工程学院，长沙410073）

1 引言

当航天器受到轨道机动、空间天气突变、解体或者极端情况下的碰撞等因素影响时，航天器的轨道会发生突变，此时，轨道异常事件检测信息可以为航天器所有者和操作者采取正确的措施提供依据。国内外学者针对航天器轨道异常问题，提出了多种检测方法。Patera提出了一种基于移动窗口曲线拟合 （Moving Window Curve Fit，MWCF）技术的空间事件检测方法，该方法在一定长度的时间窗口内对数据进行拟合，利用编目值和拟合值相减得到偏差，通过窗口的移动得到偏差数据序列，最后通过统计偏差数据的标准差设定检测门限进行异常检测［1］。Kelecy、Swartz等人基于Patera的曲线拟合技术对轨道异常检测方法进行了改进［2-3］。基于曲线拟合的检测方法存在移动窗口的长度和拟合曲线的阶次设定比较困难的不足。此外，董云峰等人提出了一种基于小波分析的轨道机动检测方法［4］。杨旭等人提出了单个卫星相邻根数时间差控制加综合判据的卫星轨道异常分析方法［5］。上述检测方法基本上从数据处理入手，利用数学方法直接分析轨道数据，不利于分析航天器轨道变化的物理规律。本文将航天器轨道预报与数学检测方法相结合进行航天器轨道异常的分析。

北美防空司令部（NORAD）发布的两行轨道要素（Two Line Elements，TLE）是目前最完整的空间目标编目数据，其对应的SGP4（Simplified General Perturbation 4）轨道预报模型是解析模型。作为例子，本文对航天器历史TLE数据进行分析，使用SGP4模型的长期项部分预报轨道根数的长期变化并基于马氏距离对航天器轨道异常进行判定。……