Precision Orbit Determination of Asteroid Based on Optical and Radar Data

HU Zhongyu; WANG Hong; LIU Lu; WANG Bo; GAO Wutong; YANG Wanling; YAN Jianguo

doi:10.13203/j.whugis20230036

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Precision Orbit Determination of Asteroid Based on Optical and Radar Data

Geodesy and Survey Engineering | 更新时间：2026-11-05

- Precision Orbit Determination of Asteroid Based on Optical and Radar Data
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 50, Issue 5, Pages: 881-888(2025)
- 作者机构：
  
  1.武汉大学测绘遥感信息工程全国重点实验室，湖北武汉，430079
  2.北京跟踪与通信技术研究所，北京，100094
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20230036
  CLC： P135
- Received：20 November 2023，
  
  Published：05 May 2025
- 稿件说明：
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胡忠禹,王宏,刘路，等.基于光学与雷达数据的小行星精密定轨[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(5):881-888.

HU Zhongyu,WANG Hong,LIU Lu,et al.Precision Orbit Determination of Asteroid Based on Optical and Radar Data[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(5):881-888.
胡忠禹,王宏,刘路，等.基于光学与雷达数据的小行星精密定轨[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(5):881-888. DOI：10.13203/j.whugis20230036

HU Zhongyu,WANG Hong,LIU Lu,et al.Precision Orbit Determination of Asteroid Based on Optical and Radar Data[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(5):881-888. DOI：10.13203/j.whugis20230036

摘要

基于Python语言研发了可处理多源实测数据的小行星定轨软件，通过使用小行星Toutatis实测数据（1976—2022年期间观测的光学数据与雷达数据）对其进行精密轨道确定研究，并将定轨结果与Toutatis星历作对比，验证了该软件的可靠性。定轨结果表明，联合使用光学与雷达数据计算得到的小行星精密轨道在3

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意义下的位置误差为1.9 km，仅使用光学数据计算得到的轨道位置误差为8.818 km，表明雷达数据的引入可以有效降低小行星的轨道确定误差。最终定轨结果达到了千米级的精度，且该精度与小行星星历一致，表明了自主研制的可处理多源实测数据的小行星定轨软件的正确性。

Abstract

Objectives

In order to serve the implementation of China's deep space exploration programs

we develop software for asteroid orbit determination that can handle multiple sources of measured data.

Methods

The precision orbit of the asteroid Toutatis is investigated by using its measured data (optical and radar data observed during the period 1976—2022)

and the orbit determination results were compared with the Toutatis ephemeris

which verified the reliability of the software.

Results

The orbit determination results show that the position uncertainty of the precision orbit of the asteroid calculated by combining optical and radar data is 1.9 km in the sense of 3

and the orbital position uncertainty calculated by optical data alone is 8.818 km

indicating that the introduction of radar data can effectively reduce the orbital determination error of asteroids.

Conclusions

The final orbit determination result reached the engineering level

and the accuracy of the asteroid ephemeris was consistent

which showed the correctness of the self-developed asteroid orbit determination software that can process multi-source measured data.

关键词

Keywords

references

我国首次小行星探测任务公布［J］. 科学24小时， 2022 （ 9 ）： 30 .

China’s First Asteroid Exploration Mission Announced ［J］. Science in 24 Hours ， 2022 （ 9 ）： 30 .

龚自正，李明，陈川，等 . 小行星监测预警、安全防御和资源利用的前沿科学问题及关键技术［J］. 科学通报， 2020 ， 65 （ 5 ）： 346 - 372 .

GONG Zizheng ， LI Ming ， CHEN Chuan ， et al . The Frontier Science and Key Technologies of Asteroid Monitoring and Early Warning， Security Defense and Resource Utilization ［J］. Chinese Science Bulletin ， 2020 ， 65 （ 5 ）： 346 - 372 .

胡寿村，季江徽，赵玉晖，等 . 嫦娥二号飞越小行星试验中图塔蒂斯轨道确定与精度分析［J］. 中国科学：技术科学， 2013 ， 43 （ 5 ）： 506 - 511 .

HU Shoucun ， JI Jianghui ， ZHAO Yuhui ， et al . Determination and Accuracy Analysis of Toutatis Orbit in Chang'e-2 Flying over Asteroids Test ［J］. Scientia Sinica （Technologica）， 2013 ， 43 （ 5 ）： 506 - 511 .

王波，刘路，鄢建国，等 . 小行星光学定轨软件研制和数据处理分析［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2023 ， 48 （ 2 ）： 277 - 284 .

WANG Bo ， LIU Lu ， YAN Jianguo ， et al . Development of Asteroid Optical Determination Software and Data Processing Analysis ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2023 ， 48 （ 2 ）： 277 - 284 .

田伟 . 小行星（469219）Kamoòalewa轨道的确定与误差分析［J］. 天文学报， 2021 ， 62 （ 2 ）： 54 - 62 .

TIAN Wei . Orbit Determination of the Asteroid （469219） Kamoòalewa and Its Error Analysis ［J］. Acta Astronomica Sinica ， 2021 ， 62 （ 2 ）： 54 - 62 .

SOKOVA I A ， SOKOV E N ， ROSCHINA E A ， et al . The Binary Asteroid 22 Kalliope： Linus Orbit Determination on the Basis of Speckle Interferometric Observations ［J］. Icarus ， 2014 ， 236 ： 157 - 164 .

VACHIER F ， BERTHIER J ， MARCHIS F . Determination of Binary Asteroid Orbits with a Genetic-Based Algorithm ［J］. Astronomy & Astrophysics ， 2012 ， 543 ： A68 .

张雪敏，李萌，熊超 . 天基单星测角跟踪条件下的空间非合作目标定轨［J］. 航天控制， 2018 ， 36 （ 3 ）： 40 - 45 .

ZHANG Xuemin ， LI Meng ， XIONG Chao . Orbit Determination of Non-cooperative Space Target with Space-Based Single-Satellite Angle Tracking ［J］. Aerospace Control ， 2018 ， 36 （ 3 ）： 40 - 45 .

祝寒友，胡震宇，申智春 . 基于月基望远镜的近地小行星观测［J］. 空间碎片研究， 2021 ， 21 （ 4 ）： 22 - 29 .

ZHU Hanyou ， HU Zhenyu ， SHEN Zhichun . Near-Earth Asteroid Observations Based on Lunar Telescopes ［J］. Space Debris Research ， 2021 ， 21 （ 4 ）： 22 - 29 .

李济生 . 人造卫星精密轨道确定［M］. 北京：解放军出版社， 1995 .

LI Jisheng . Precise Orbit Determination of Artificial Satellites ［M］. Beijing ： PLA Press ， 1995 .

Montenbruck O ， Gill E . 卫星轨道：模型、方法和应用［M］. 王家松，祝开建，胡小工，译. 北京：国防工业出版社， 2012 .

Montenbruck O ， Gill E . Satellite Orbits： Models， Methods and Applications ［M］. Beijing ： National Defense Industry Press ， 2012 .

CARPINO M ， MILANI A ， CHESLEY S R . Error Statistics of Asteroid Optical Astrometric Observations ［J］. Icarus ， 2003 ， 166 （ 2 ）： 248 - 270 .

杨轩，鄢建国，叶茂，等 . 对一种月球与火星探测多程微波测量链路定轨定位的数值模拟初步分析［J］. 深空探测学报， 2018 ， 5 （ 2 ）： 154 - 161 .

YANG Xuan ， YAN Jianguo ， YE Mao ， et al . Preliminary Numerical Analysis of Precise Orbit Determination for a Multi-way Microwave Measurement Mode in the Lunar and Mars Missions ［J］. Journal of Deep Space Exploration ， 2018 ， 5 （ 2 ）： 154 - 161 .

金炜桐 . 小天体探测器精密定轨与引力质量解算［D］. 武汉：武汉大学， 2020 .

JIN Weitong . Precision Orbit Fixation and Gravitational Mass Solution of Small Object Detector ［D］. Wuhan ： Wuhan University ， 2020 .

叶茂 . 月球探测器精密定轨软件研制与四程中继跟踪测量模式研究［D］. 武汉：武汉大学， 2016 .

YE Mao . Development of Lunar Spacecraft Precision Orbit Determination Software System and Research on a Four-Way Relay Tracking Measurement Mode ［D］. Wuhan ： Wuhan University ， 2016 .

Vallado D A . Fundamentals of Astrodynamics and Applications ［M］. 5th ed . Hawthorne ： Microcosm Press ， 2001 .

VINOGRADOVA T A ， KOCHETOVA O M ， CHERNETENKO Y A ， et al . The Orbit of Asteroid （99942） Apophis as Determined from Optical and Radar Observations ［J］. Solar System Research ， 2008 ， 42 （ 4 ）： 271 - 280 .

KRIVOVA N V ， YAGUDINA E I ， SHOR V A . The Orbit Determination of （4179） Toutatis from Optical and Radar Data ［J］. Planetary and Space Science ， 1994 ， 42 （ 9 ）： 741 - 745 .

刘山洪，鄢建国，杨轩，等 . 水星探测器精密定轨软件研制及应用［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2019 ， 44 （ 4 ）： 510 - 517 .

LIU Shanhong ， YAN Jianguo ， YANG Xuan ， et al . Development of Mercury Precise Orbit Determination Software and Application ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2019 ， 44 （ 4 ）： 510 - 517 .

胡松杰，唐歌实 . 北京中心深空探测器精密定轨与分析软件系统［J］. 飞行器测控学报， 2010 ， 29 （ 5 ）： 69 - 74 .

HU Songjie ， TANG Geshi . BACC Orbit Determination and Analysis Software for Deep-Space Explorers ［J］. Journal of Spacecraft TT&C Technology ， 2010 ， 29 （ 5 ）： 69 - 74 .

CAPEK D ， VOKROUHLICKÝ D . Accurate Model for the Yarkovsky Effect ［J］. Proceedings of the International Astronomical Union ， 2004 （ 197 ）： 171 - 178 .

BOTTKE J ， VOKROUHLICKÝ D ， RUBINCAM D P ， et al . The Yarkovsky and YORP Effects： Implications for Asteroid Dynamics ［J］. Annual Review of Earth and Planetary Sciences ， 2006 ， 34 ： 157 - 191 .

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