[發明專利]一種考慮帆板偏移效應的GEO目標光度特性計算模型

有效

• 申請號: 202011292546.0
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112417670B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 王陽;杜小平;張鵬;馬志昊;徐燦;殷智勇;趙玉龍;陳維高
• 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;G06T17/10
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安

本發明屬于空間目標探測技術領域，尤其涉及一種考慮帆板偏移效應的GEO目標光度特性模型，具體包括模型參數準備、坐標解算、帆板旋轉、可視面元確定、視星等計算、光度曲線計算六個步驟，本發明是針對地球同步軌道目標光學探測過程中，為精確獲得目標光學特性而設計的目標光度特性計算模型，能夠有效提高目標光度特性計算精度，為空間目標的探測和識別研究提供參考。

技術領域

本發明屬于空間目標探測技術領域，尤其涉及一種針對地球同步軌道目標光學探測過程中，為精確獲得目標光學特性而設計的目標光度特性計算模型。

背景技術

隨著航天技術的發展，人類進入空間、利用空間的能力不斷增強，但與此同時，人類航天活動也產生了大量的空間碎片，對近鄰衛星構成了嚴重威脅。通過建立有效的空間目標監視網，監視目標的運行情況，已成為各國空間科學發展的首要目標。

目前，地基空間目標監視系統主要有雷達和光學設備兩種手段。雷達的探測能力由于與其探測距離的四次方成反比，一般用于低軌空間目標監視；光學設備的探測距離遠、靈敏度高，更適用于中高軌空間目標的監視。但是，地基光學觀測系統受大氣、距離及自身分辨率的影響，難以對地球同步軌道(Geostationary Earth Orbit，GEO)等高軌空間目標進行高分辨率成像，只能呈現幾個像素亮度變化的光斑。當前通過地基光學觀測系統僅能獲取GEO目標的亮度隨時間的變化特性，即光度特性。

目前，對于空間目標光度特性的研究，總體上可分為解析法和蒙特卡羅光線追跡法兩類。解析法通過建立空間目標的面元模型，分析能量在太陽、空間目標、觀測站之間的傳播關系，得到空間目標光度的解析表達式，最后設計程序求解問題；蒙特卡洛追跡法的基本思路是通過跟蹤每束發射光線在系統內的傳播，當其到達空間目標表面時，光線的吸收、反射、散射是隨機過程，以此模擬觀測站觀測到的空間目標光度特性。

蒙特卡洛追跡法更適用于近距離的光線傳播過程，對于GEO空間目標而言，由于目標和觀測站距離較遠，如使用蒙特卡洛追跡法，需要模擬數量龐大的光線傳播過程，計算效率較低，因此更適用于解析法進行計算。然而，目前國內外在使用解析法求解空間目標光度特性時，均未考慮目標帆板偏移的影響，給目標光度特性的計算帶來了較大誤差。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出了一種考慮帆板偏移效應的GEO目標光度特性模型，能夠有效提高目標光度特性計算精度，為空間目標的探測和識別研究提供參考。

本發明的技術方案是包括以下內容：

步驟一、模型參數準備

1)依照目標的實際尺寸構建三角面元模型；

2)測量包括帆板在內的部件材料的雙向反射分布函數BRDF，擬合BRDF模型參數；

3)測量目標閃爍季節的光度曲線。

步驟二、坐標解算

對于不在地球陰影區的觀測時刻t_k，基于目標在t_k前后的雙行軌道根數TLE、觀測站的經緯度和海拔、地球極移系數解算目標本體坐標系下的太陽坐標和觀測站坐標；

步驟三、帆板旋轉

根據目標在閃爍季節的光度曲線，計算帆板偏移；根據帆板偏移和目標本體坐標系下的太陽坐標，解算目標帆板相對本體旋轉的角度，并按照此角度在目標三角面元模型中對帆板進行旋轉；

步驟四、可視面元確定

根據目標本體坐標系下的太陽坐標和觀測站坐標，確定t_k時刻目標三角面元模型中既能被太陽照射到，又能被觀測站觀測到的可視面元；

步驟五、視星等計算