地表反照对天基测量相机的影响

建立了地表反射光模型,计算分析了地球背景反照光对空间目标的照明状况,得知地球背景反照光可以作为天基光电测量相机的辅助照明光源.同时对地气杂光进行了研究,给出了天基光电测量相机地气杂散光指标的设计要求.     

双向反射分布函数在空间目标可见光反射特性建模中的应用

针对空间目标可见光反射特性提出了一种建模方法.双向反射分布函数(BRDF)可以有效地 描述目标表面材料的空间反射特性和光谱特性.根据目标表面状况及背景辐射环境,选取合 适的双向反射分布函数模型,利用辐射理论在可见光波段建立了空间目标反射特性的数学模 型.基于轨道参数进行了仿真计算.计算结果表明太阳帆板与卫星主体相比,其在探测器入 瞳处的辐照度只小一个数量级,在目标光学特性分析时不可忽略.而且,空间目标反射特性 不仅与太阳、地球和目标三者之间的实时位置有关,还与其几何形状、表面材料等有关.仿真分析结果验证了建模的正确性.     

天基光电望远镜空间多目标成像模拟技术研究

提出了一种天基光电望远镜对空间多目标成像的模拟方法。首先由卫星轨道参数向量和三维矩阵变换得到卫星在地心赤道坐标系中的坐标矩阵,然后再通过平移、旋转和比例等变换得到卫星及恒星在望远镜中的坐标矩阵,最后即可得到总模拟图。设计了一种应用在天基光电望远镜上的空间多目标成像模拟数据库,并为数据库提供了几种基本的维护管理功能。给出了该数据库的基本设计方法和目标数据实例,提供了1000余颗卫星的相关轨道参数。计算机模拟了天基光电望远镜对空间多目标的成像。仿真结果表明,该方法可有效地模拟天基光电望远镜对空间多目标的成像。     

基于高次余弦散射分布的空间卫星可见光特性

基于几何光学和辐射理论,研究了空间卫星的可见光散射特性.空间卫星的背景辐射主要包括太阳的直接辐射和地球及大气的散射辐射,根据目标的结构特性与背景特性建立了空间卫星的几何模型和光照模型.分析目标表面状况,入射到目标表面的光线近似服从高次余弦散射分布,根据能量守恒定理及表面材料的高次余弦散射分布特性建立了目标散射特性的数学模型.通过矢量坐标变换确定太阳、地球、观测卫星在目标本体坐标系下的相对位置关系.根据给定的几何尺寸和表面物性参量仿真获得了目标在探测器入瞳处的能量分布及星等特征,目标本体与太阳帆板在探测器入瞳处的辐照度最大量级均为10-12 W/m2.仿真结果表明太阳帆板在目标特性分析时不可忽略,为空间目标的可见光探测提供参考数据.     

姿态变化对空间目标可见光特性的影响分析

空间目标的光散射、光辐射特性除了与其背景环境、几何结构和表面材料等密切相关外,姿态变化对其光学特性也有一定的影响,这种影响在天基观测中尤为明显。就姿态变化对空间目标可见光特性的影响进行了理论分析与建模研究,建立了姿态相关的空间目标可见光特性的理论模型。结合具体的参数,对空间目标环境一号卫星和资源二号卫星在探测视点处的辐照度随姿态的变化进行了数值计算。初步的研究结果表明,姿态变化对空间目标可见光特性的影响不可忽略。建模结果可为空间目标的探测、识别提供理论依据。     

空间目标可见光散射特性建模方法研究

针对空间目标的可见光散射特性提出一种建模方法.在分析空间目标所处的背景辐射环境基础上建立了空间目标背景辐射物理模型.对目标表面进行面元划分后,基于辐射理论引入双向反射分布函数模型来描述目标表面面元的光散射特性,将目标各个表面所有面元散射分量叠加建立了目标可见光散射特性的数学模型.建立目标本体坐标系,通过坐标变换确定目标、背景辐射源与探测器的相对位置关系,利用矢量坐标法确定目标对观测系统的“可视表面”.根据给定的目标几何结构尺寸和物性参量仿真获得了目标在轨光学特性.计算结果验证了建模的有效性.     

空间光学遥感器在轨照明环境模拟系统设计

针对复杂空间环境下光学遥感器的成像性能模拟测试需求,设计了一种大动态辐照、高对比度的空间环境模拟系统,包括太阳模拟器和暗目标模拟器.根据空间太阳光及地表反照光的辐照特性,采用氙灯电流调节及增加多孔衰减屏法实现太阳模拟器的大范围辐照度可调.通过对材料表面进行散射特性分析,设计了具有光陷阱结构的暗目标模拟器,以模拟相机视场内的暗弱观测目标.实验结果表明:该系统可以出射光斑尺寸为1 000mm×1 000mm,辐照度范围为0.4~1 260 W/m~2,辐照不均匀性可达±4.82%,暗目标模拟器的消光比可达1×10~(-7).该装置解决了空间强干扰光背景下暗目标成像性能的定量化测试难题,为光学遥感器的成像性能检测提供了一个可靠的平台.     

基于双向反射分布函数的空间卫星紫外动态特性研究

根据目标所处的背景辐射环境,对空间卫星的紫外散射特性进行建模方法研究。依据目标表面材料属性与表面状况对目标表面进行区域分解与网格划分。基于辐射理论引入双向反射分布函数模型来描述目标表面网格单元的光散射特性,将目标各个表面所有网格单元散射分量叠加建立了目标紫外散射特性的数学模型。利用给定的目标几何结构尺寸和物性参数仿真获得了目标在轨动态光学特性。在某一观测角度下太阳帆板在探测光学系统入瞳产生的辐照度值与卫星本体接近,最大量级为10-11W/m2。仿真结果表明太阳帆板在目标特性分析时不可忽略。     

基于粗糙样片光谱BRDF的空间目标可见光散射研究

实验测量了某种卫星包覆材料和太阳能电池板样片在可见光波段(400~780 nm)的光谱双向反射分布函数.将样片的光谱双向反射分布函数对可见光波段内的太阳谱辐射照度加权平均,获得了可见光入射时目标样片表面的平均双向反射分布函数,并利用遗传算法建立了其参量化统计模型.应用此模型,结合目标的几何建模、消隐,计算了可见光入射时某卫星散射光强度的空间分布,并分析了其与卫星的几何形状、表面材料等的关系.     

基于双星双目跟踪方式的空间目标定轨技术研究

以天基监视为背景,主要研究了一种基于双星双目跟踪方式的空间目标定轨技术,其物理思想为:利用星载光学测量系统获得目标的相对方位指向与角度传感器测量系统获得卫星的姿态角变化和光电跟踪架的随动角信息,通过坐标变换和数据处理解算出目标在地心惯性坐标系中的绝对运动信息。依次从物理模型、坐标体系、定轨原理方面进行了描述和推导,获得了目标在地球坐标系下的测量方程,并且通过对天基监视卫星轨道模型、星载光电跟踪控制模型、光学成像模型分析后,进行了数学建模仿真,计算结果表明该定轨方法的可行性。     

在轨空间目标光学特性宏观表征模型的反演重构

为了在天基远距离条件下反演三轴稳定空间目标表面的光学特性参数,提出了基于可见光时序光度信号分析的光学特性宏观表征模型的反演重构方法.首先,综合考虑空间目标的结构特性、表面材料特性、帆板的对日指向运动特性、光照观测几何以及光学系统特性,完善了面向在轨观测的空间目标可见光时序光度建模方法;其次,将光度模型等效为双面模型,并利用双向反射分布函数(BRDF)的多级融合模型表征复杂材料表面的光学反射特性,将BRDF对应的面积反射率乘积作为待反演参数;最后,以时序光度信号的测量值与模型值之间的差异最小为优化目标,建立线性优化方法,实现模型参数的反演.仿真实验表明,提出的模型在轨重构方法对于近轨观测条件下的本体、帆板信号的重构精度达到97%以上,验证了方法的正确性.     

Infrared imaging characteristics of space-based targets based on bidirectional reflection distribution function

A modeling method of infrared imaging characteristics of a space-based target was presented. Background radiation environment of a space-based target was analyzed and the background radiation mainly consists of direct radiation of the sun, thermal radiation and reflected radiation of the earth. The target surface was divided into regions based on geometrical shape and surface material characteristics and a surface equation of each region was built based on its body coordinate system. Each region was divided into meshes supposing that each mesh is a micro-plane. A bidirectional reflection distribution function (BRDF) model considering the characteristics of surface Gauss statistics and self-shadow was introduced to describe reflected infrared of each mesh of the target surface. The emitted infrared radiation of each mesh of the target surface was described according to its thermal equilibrium temperature. Then a mathematical model on infrared radiation imaging characteristics of the space-based target was built in terms of the given infrared detector. The relative positions of the space-based target, the background radiation sources and the detector are determined by orbital parameters based on coordinate conversion. Visual surfaces of the target to observation system were determined by vector coordinate method. Simulation of optical imaging characteristics of the target in orbit was achieved according to its given geometrical dimensions and physical parameters. The results show the method is feasible and robust for infrared characteristics of the space-based target when single reflection is considered and its surface is regular and can be described in a surface equation. It can provide a facility to real-time analysis of infrared imaging characteristics of the space-based targets.     

空间弥散X射线对脉冲星导航精度的影响

基于RXTE卫星天基数据,建立了时空坐标系转换、时间修正及历元折叠方法,构建了用于提取导航信息的Crab脉冲星轮廓,剖析了该天基载荷结构及特性,对卫星运行空间背景辐射进行了模拟计算。结果表明,在设定导航条件下,空间弥散X射线对航天器单星定轨及多星定位影响在km量级以上。同时阐述了实用化脉冲星导航探测中,改进导航定位精度急需注意的技术问题。     

空间目标天基光学监视平台的参数仿真分析

利用天基光学系统对空间目标进行监视是重要而有效的手段之一。以在轨运行的低轨卫星为研究对象,对天基光学平台的观察方向、升交点赤经和真近点角等参数进行了优化设置。通过分析可知,观察方向指向左和指向右时可以监视更多的目标,升交点赤经选取在0°、270°和315°对空间目标的监视效果较好,而卫星被截获的概率与真近点角的变化关系并不密切,因此真近点角可以任意选取。根据参数优化结果,以卫星仿真工具包STK(Satellite Tool Kit)为平台,对空间目标天基光学监视平台的轨道参数进行了仿真。     

空间环境对卫星光通信系统性能的影响分析

分析了空间环境对卫星光通信系统的主要影响因素,包括高能带电粒子辐射、太阳辐射、等离子体辐射等环境。分析结果表明,为了有效减小卫星光通信器件的单粒子翻转率,需要对轨道倾角和轨道高度进行优化设计;为了有效抑制太阳辐射,对日俯仰角需要限制在一个很小的变化范围;增大信号发射功率和减小系统跟瞄误差都是提高卫星光通信系统可靠性的有效途径;对等离子体辐射环境来说,300eV以上的中等能量等离子体会严重干扰卫星的正常工作。     

中段目标的可见光辐射特性计算研究

中段目标的可见光辐射特性对目标的探测、跟踪与打击具有重要的指导意义。提出计算中段目标可见光辐射特性的方法,计算了目标表面的二向性反射,并考虑太阳的可见光辐射和云层背景反射太阳的可见光辐射情况下,计算了白天从同步卫星、低轨卫星和中轨卫星观测中段目标在可见光波段的辐射特性。研究结果表明：在可见光波段,目标对同步卫星辐射的光谱变化规律与太阳直射辐射的光谱变化一致,低轨卫星上观测目标的光谱辐射热流比同步卫星上观测的结果大3个数量级,中轨卫星上观测目标的光谱辐射热流比同步卫星上观测的结果大1个数量级。     

基于光谱的天基空间点目标特征提取与识别

天基空间目标观测时, 对于远距离目标, 通常只能得到一个点的相关信息, 包括目标的位置和灰度等, 损失了目标的材料、大小和状态等特征. 代表物体固有属性差异的光谱特性可作为目标特征提取与识别的一种重要手段. 从目标光谱特性的产生特点出发, 综合考虑目标的材料特性、结构特性、背景特性、轨道特性等因素, 建立了目标光谱特性的数学模型, 提出了基于光谱特性数学模型反演计算的目标特征提取与识别方法, 以环境一号卫星缩比模型为例, 进行了典型参数条件下的目标特征提取与识别实验验证, 实验结果验证了建模方法的正确性.     

OPNET和STK联合的空间光骨干网络仿真设计

空间光骨干网络是我国空间信息网络的核心。为了对空间光骨干网络中的协议体系、网络架构和关键技术进行可行性验证，开发了基于OPNET和STK(satellite tool kit，卫星工具包)联合的空间光骨干网络仿真平台。设计了由4颗GEO卫星组成的天基骨干网、由10颗LEO卫星组成的天基接入网；开发了由物理层到应用层的光网络协议仿真模型和LEO、GEO、地面站3种节点进程模型，对光骨干网络进行了仿真测试。仿真结果表明:空间光骨干网络最大时延为5.48 s，最小为0.35 s，网络全局平均时延为1.06 s，地面站实时吞吐量最大值为0.88 Gb/s，最小为0.3 Gb/s，证明该平台可准确模拟空间光骨干网络功能，满足空间业务高效传输的需求，为空间光骨干网络性能验证提供仿真平台支持。     

Zu Newtons Erde-Mond-Test von 1665/66

On Newton's Earth-Moon-Test of 1665/66 Newton's proof on the earth-moon-system — whether the gravitation of the earth which gives freely falling bodies near the earth's surface an acceleration of g ≈ 982 cm/sec² and decreasing proportional to the inverse square of the distance from the earth's centre fully compensates the centrifugal force of the moon orbiting around the earth — is reexamined using new observational values for g, the earth's dimensions and the constants of the moon's motion. A first order calculation of the disturbances in the moon's orbit caused by the gravitation of the sun shows that the mass of the moon in relation to the mass of the earth must be near to 1:81 if the moons average distance from the earth's center is assumed to be 384 400 km.