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.     

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.     

空间目标的可见光散射与红外辐射

利用Lowtran7大气传输模型计算了0．4～0．8μm可见光波段的太阳辐射、大气自身的热辐射以及天地背景辐射。利用粗糙面光散射理论与双向反射分布函数计算了空中目标表面对太阳辐射、云层对阳光反射的散射。并利用传热学和背景辐射理论，根据能量守恒定律建立了空间目标表面温度的热平衡方程。以气球为例，计算了不同表面涂层材料的气球在不同地理位置、不同高度、不同时间、温度及辐射功率的变化。分析了空间目标红外辐射特性的一般规律和特征。     

空间目标的可见光散射与红外辐射

利用Lowtran7大气传输模型计算0.4～0.8μm可见光波段的太阳辐射、大气自身的热辐射以及天地背景辐射.依据粗糙面光散射理论与双向反射分布函数计算空中目标表面对太阳辐射和云层对阳光反射的散射.利用传热学和背景辐射理论,根据能量守恒定律建立空间目标表面温度的热平衡方程.以气球为例,计算不同表面涂层材料的气球,在不同地理位置、不同高度和不同时间条件下,其温度及辐射功率的变化.分析空间目标红外辐射特性的一般规律和特征.     

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.     

基于时谱信号分析的在轨空间目标姿态感知

为了在天基远距离条件下估计空间目标的姿态参数,提出了基于时序光谱信号分级求解目标表面参数及姿态参数的方法.第一级,在三轴稳定状态下将空间目标等效为"双面模型",引入双向反射分布函数(bidirectional reflectance distribution function, BRDF)的多级融合模型表征复杂材料的光谱反射特性,基于时谱信号与时谱信号模型对双面光谱BRDF与面积乘积进行重构.第二级,为了抑制双面耦合特性对姿态估计的影响,构建双面特性分离度,并基于该度量最大化实现光谱波段优选.第三级,构建目标姿态运动状态下的时序光谱信号模型,以模型值与观测值之间的误差为目标函数,利用Levenberg-Marquardt算法对姿态参数进行估计.仿真表明,该方法更适用于方形本体的目标,且反演误差会随相位角和探测器噪声的增大而增大,在信噪比SNR≥10条件下反演误差在2%以内.     

深空背景下空间目标紫外特性建模方法研究

紫外探测具有灵敏度高、虚警率低等特点,空间目标紫外特性分析对空间目标探测具有重要意义.针对空间目标紫外特性提出了一种精确建模方法.根据空间目标的背景辐射环境及表面材料属性,引入区域分解与网格划分的思想,利用双向反射分布函数建立了空间目标紫外特性的数学模型.通过矢量坐标变换,确定了背景辐射源、探测器与目标的相对位置关系.以资源一号卫星和风云三号卫星为例,进行了目标紫外特性的仿真分析,计算获得了目标在探测器入瞳处的紫外辐照度随时间的变化关系.仿真结果验证了建模方法的正确性. 关键词： 空间目标 紫外特性 双向反射分布函数 建模与仿真     

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.     

多站观测空间目标可见光散射特性及相关性分析

鉴于空间目标的光散射特性对目标的探测、跟踪与识别等空间突防技术具有十分重要的应用价值,利用双向反射分布函数(BRDF)将光辐射的入射照度和目标的散射亮度联系起来,结合目标的几何建模与轨道理论,计算出某时刻在东北3站观测风云卫星可见光散射亮度变化情况, 其峰值随时间依次达到或接近于75×10-3 W/cm2·sr,而新疆阿勒泰散射亮度在东北3站达到峰值时只有375×10-3 W/cm2·sr,得出东北3站点卫星光散射亮度趋势相似,只是由于纬度差异使变化趋势在时间上有所延迟,而在与之经度有很大差别的新疆地区的阿勒泰站点的亮度变化趋势则有很大不同。该方法已经在获取空间目标更多信息选择多站观测中取得应用。     

Light Scattering and Visibility Condition of Spatial Objects

Considering background radiation of different wave band at different typical time by using Modtran soft, the characteristic of light scattering and the visibility condition of spatial object are discussed. Using bi-directional reflectance distribution function, combining geometry modeling with orbit theory, we numerical calculate light scattering radiation of spatial objects and compare it with the background radiation. The best observation time and station can be obtained by analyzing the conditions of visibility.     

可见光波段卷云散射特性的研究

卷云一般分布在对流层上部到平流层下部,主要由各种形状的冰晶粒子组成。卷云散射特性的研究利用了前期建立的单个冰晶粒子散射性质数据库,并且假定卷云中粒子谱分布符合Г分布,计算得出可见光波段卷云平均散射性质：消光效率因子、吸收效率因子、单次散射反照率、非对称因子与有效尺度以及波长的变化关系。其次对计算得出的变化曲线进行分析得...     

室内MIMO可见光通信的接收特性

建立了一种基于MIMO的室内二次反射可见光通信的信道模型。通过模型仿真,从不同位置处接收面上探测器的不同间距、不同面积以及接收面横向、纵向旋转方面,分析了室内MIMO可见光通信的接收特性。仿真结果表明,在满足信号可恢复的条件下,接收面探测器间距d的变化对光信号接收的影响很小,不同接收位置的接收信噪比(SNR)也呈现不同的分布。另外,接收面横向旋转不会影响光信号接收,而纵向旋转具有一定的限制范围。     

室内可见光多维CAP空间调制

针对室内可见光通信（VLC）光链路发射源（LED器件）有限的调制带宽问题,基于多维无载波幅度相位调制（CAP）技术,提出一种频带利用率高效的光空间调制方案（OSM-CAP）。OSM-CAP系统将输入信息序列分成两部分,一部分进行空域映射即空间调制,其结果用来选择激活的LED;另一部分进行信号域映射,即CAP调制。其中,CAP调制采用序列二次规划算法求取的时域正交多维CAP滤波器组实现。对于采用强度调制/直接检测（IM/DD）的VLC系统,该CAP信号还将进行单极化处理,文中提出两种相应的解决方案,即采用添加直流偏置（OSM-DCO/CAP方案）和零值位置极性编码（OSM-U/CAP方案）。基于朗伯体辐射模型,且可见光背景噪声建模为加性高斯白噪声,推导了OSM-DCO/CAP、OSM-U/CAP调制方案的误码率理论解,仿真验证了其准确性。在5 m×5 m×3 m的室内场景下,探讨了无载波幅度相位调制维度以及接收机个数、发射机间距、收发平面距离以及链路遮挡情况等信道参数对系统性能的影响。结果表明,星座调制阶数相同时,CAP调制维度越高,误码性能越好;接收机个数增多、发射机间距加大以及收发平面距离减小与系统可靠性存在正相关关系;链路存在遮挡情况时,会提高信道间的差异性,改善系统性能。     

一种全可见光敏感的光致聚合物全息特性研究

制备了一种对整个可见光波段都敏感的光全息存储材料,并研究了该材料的透过率、衍射效率、灵敏度等全息特性.用He-Ne激光器633 nm和Ar+ 激光器514 nm,488 nm,476 nm四种波长的光曝光,材料的饱和衍射效率最大为66%,最小为48%;最高灵敏度为8.06×10－3 cm2/mJ.最高折射率调制度为4.22×10－4.用多波长存储时,不同波长的光可存储多幅全息图,且再现图像清晰.结果表明,该材料是较好的高密度数字全息存储材料.     

应用分集接收技术的LED可见光音频传输演示装置

演示装置通过在接收端以多个光敏二极管进行分集接收的形式完成信号接收,达到演示可见光光通信目的。该装置性能稳定、操作方便,能直观演示整个传输过程,能够使学生更深入全面地理解可见光通信技术的实际应用。