[發明專利]一種三要素模型描述空間目標光學散射特性的方法

有效

• 申請號: 201910060665.4
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109492347B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 李智;張峰;徐燦;張雅聲;李鵬;霍俞蓉;方宇強;殷智勇;許潔平;張學文
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G02B27/00;G06T17/00
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙) 43205
• 代理人: 舒欣

本發明提供一種描述空間目標光學散射特性的三要素模型，該模型在二面元模型基礎上增加鏡反部件描述要素，用于描述空間目標含有鏡反現象的光學散射特性。三元模型描述包含鏡反現象的空間目標光學散射特性，解決二元模型無法描述衛星本體上包含鏡反部件的光學散射特性，本發明對空間目標的光學散射特性描述更加全面，同時本發明提供了本體反射率的確定方法、本體表面鏡反部件指向解析方法和描述方法，并提供了鏡反部件面積確定方法。

技術領域

本發明涉及一種三要素模型描述空間目標光學散射特性的方法。

背景技術

空間目標光學散射特性分析是空間目標監視的基礎，空間目標光學散射特性的描述是開展目標特性分析和特征反演的前提。空間目標光學散射特性是外部因素和內部因素共同影響的結果，外部因素指空間觀測幾何，即太陽、目標和地面測站在空間中三者的相對位置，內部因素主要指目標自身的特征，包括目標幾何結構、目標形狀和姿態以及表面材質等。針對光學監視設備而言，對目標進行光學探測和跟蹤，目標的軌道信息是已知的，進而可以確定探測過程中太陽、目標和測站三者之間的相對位置關系，此時空間目標的光學散射特性是空間目標自身特征的體現。空間目標光學散射特性的描述主要有兩種方法，一是將目標真實結構、表面材質BRDF以及表面的褶皺情況加以考慮，這種描述可以真實反映目標的光學散射特性，該描述方式主要針對合作目標；二是二面元模型的描述方式，二面元模型的一個面元代表衛星太陽能帆板，另一個面元代表衛星本體，要求帆板面元近似平整平面，并有鏡面和朗伯反射特性，本體要求具有特定反射率的朗伯體。

空間目標的形狀結構、表面褶皺起伏以及運動規律復雜，針對非合作目標難以獲取上述目標自身的特征，將目標簡化為二面元模型實現目標工作狀態、形狀、表面反射率等特征反演，是國內外學者描述空間目標光學散射特性的主要方式。但是二元法無法描述包含鏡反現象的空間目標光學散射特性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術中的二元法無法描述包含鏡反現象的空間目標光學散射特性的缺陷，提供一種三要素模型描述空間目標光學散射特性的方法，在二面元模型基礎上增加鏡面反射部件描述要素，用于描述空間目標含有鏡反現象的光學散射特性。

為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：

本發明提供了一種描述空間目標光學散射特性的三元模型，考慮衛星本體表面鏡面反射部件的散射特性，進而更加完善的描述空間目標的光學散射特性。

本發明的目的通過以下技術方案具體實現：

三元法描述空間目標光學散射特性，包括：

步驟一、獲取空間目標的光度數據，光度數據含有明顯的鏡反現象；

步驟二、構建衛星三維模型，三維模型包含三個部分，一是方形的衛星本體，衛星本體表面視為朗伯材質，反射率待定；二是衛星帆板，表面包覆空間目標帆板常用材質；第三部分為鏡面反射部件，鏡面反射部件表面包覆鏡面反射材質，鏡面反射部件的指向待定，初始時設定很小的面積；

步驟三、由空間目標的軌道數據解析觀測過程中太陽、測站和空間目標三者相對位置序列，目標姿態為三軸穩定對地定向；

步驟四、將衛星本體表面反射率設定一個初值，鏡面反射部件初始指向為對地方向，將衛星三維模型和位置序列輸入目標OCS計算程序，計算當前本體反射率下目標的光度曲線，計算過程中衛星的帆板追蹤太陽。

步驟五、調整衛星本體反射率，在不考慮鏡面反射部件的散射特性的條件下，使得步驟四得到的光度曲線與實測光度曲線的平均誤差最小；

步驟六、根據實測數據出現鏡反時刻，抽取該時刻下太陽、目標和測站的相對位置關系；

步驟七、由光的反射原理，根據鏡反時刻太陽、目標和測站的相對位置關系解析出鏡面反射部件的指向，指向的描述采用歐拉角；