A Non-cooperative Orbit Target Positioning Method Based on Acceleration Compensation

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2025.04.008

Abstract

Abstract:

For the positioning problem of non-cooperative space target， a bearing-only positioning method considering acceleration compensation is proposed. The bearing-only geometric positioning method for non-cooperative space target is introduced. An acceleration estimation method is proposed to complete the filter design considering acceleration compensation. An approach based on the measurement residual is developed for maneuver start and end detection. When the non-cooperative space target is considered to be maneuvering， the positioning error caused by unknown acceleration is reduced by acceleration compensation. The simulation results show that the maneuvering criterion proposed can effectively determine whether the target is maneuvering， and the method proposed in this paper can effectively improve the positioning accuracy during the maneuvering of the non-cooperative space target.

Key words: non-cooperative target, orbit maneuvering, bearing-only measurement, acceleration compensation, filter design

摘要：

针对非合作轨道目标的定位问题，提出一种考虑加速度补偿的仅测角定位方法。引入非合作轨道目标仅测角几何定位方法，提出一种加速度估计模型，完成考虑加速度补偿的滤波器设计，并引入基于量测残差的目标机动判别准则。在判断非合作轨道目标发生机动时，通过加速度补偿的方式减小由于未知加速度引起的定位误差。仿真表明，所提机动判别准则能够有效判定目标是否发生机动，同时所提定位方法在非合作轨道目标机动期间能够有效提高定位精度。

关键词: 非合作目标, 轨道机动, 测角定位, 加速度补偿, 滤波器设计

CLC Number:

TN713

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Figures/Tables 9

Fig. 1 Bearing-only positioning schematic diagram

Table 1 Orbital elements of observation satellites and the target

卫星	$a$ /km	$i$ /（°）	$Ω$ /（°）
目标	6 928.14	53	0
观测星1	7 178.14	53	5
观测星2	7 178.14	53	355

Table 1 Orbital elements of observation satellites and the target

卫星	$a$ /km	$i$ /（°）	$Ω$ /（°）
目标	6 928.14	53	0
观测星1	7 178.14	53	5
观测星2	7 178.14	53	355

Fig. 2 Positioning error when the magnitude of maneuvering acceleration is 0.05 m/s2

Fig. 3 Velocity error when the magnitude of maneuvering acceleration is 0.05 m/s2

Fig. 4 Positioning error when the magnitude of maneuvering acceleration is 0.1 m/s2

Fig. 5 Velocity error when the magnitude of maneuvering acceleration is 0.1 m/s2

Fig. 6 Positioning error when the magnitude of maneuvering acceleration is 0.2 m/s2

Fig. 7 Velocity error when the magnitude of maneuvering acceleration is 0.2 m/s2

Table 2 Average error of the target orbit during maneuvering

机动加速度大小/ （m·s^-2）	机动加速度未知		引入机动加速度估计与补偿		机动加速度已知
机动加速度大小/ （m·s^-2）	位置误差/m	速度误差/（m·s^-1）	位置误差/m	速度误差/（m·s^-1）	位置误差/m	速度误差/（m·s^-1）
0.05	29.9	1.49	16.1	0.82	10.6	0.38
0.1	62.4	3.29	21.7	1.31	11.8	0.39
0.2	130.6	6.89	39.8	2.50	10.9	0.39

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