空间目标可见光特性与探测距离估算

在空间目标可见光探测系统中,对探测能力的分析和评估是进行可见光相机设计的前提之一.分析了天基空间目标可见光反射特性和探测背景,并进行了探测噪声分析,又从辐射学角度导出了空间目标可见光反射体探测距离估算方程,结合实例求解了最大探测距离.当目标充满可见光相机的瞬时视场时,相机获取的目标信息与距离无关,而与本身的瞬时视场有关.最后通过采用积分球模拟反射体测试辐照度,反求系统信噪比,间接验证了可见光相机对空间目标的探测能力.     

天基可见光相机探测距离仿真分析

探测距离是衡量空间目标天基可见光相机探测、识别能力的一项重要指标.本文从辐射度学和光度学出发,通过对目标光度特性、天空背景特性、CCD噪声特性进行计算分析,建立了信噪比模型,信噪比模型是关于探测距离和成像像元个数的隐式.根据Johnson法则中成像像元个数与探测效果的对应关系,得出探测信噪比、探测距离与探测效果之间的关...     

轻型高灵敏暗弱空间目标探测光学相机技术

天基光学相机是空间目标探测的重要手段，世界主要航天大国大力发展天基空间目标探测技术以确保空间态势感知能力。首先介绍了国外应用于微纳卫星平台的典型空间目标探测光学相机，分析了天基光学探测手段的优势。其次针对基于微纳卫星平台的空间目标探测应用需求，提出“高效率镜头结合高灵敏器件”解决方案，并对光学相机进行了性能评估与设计参数分解。最后针对应用指标要求开展了系统设计与相机研制，并通过地面试验进行了性能验证，达到了预期探测效果，实现了5 kg级光学相机优于13星等的探测能力，可广泛部署于微纳卫星平台，为我国空间碎片研究、航天器碰撞预警提供高实时性数据支撑。     

空间非合作目标的天基光学组合探测系统

为了实现对天基空间非合作目标探测、成像,提出了一种空间非合作目标的光学探测、成像组合系统.该系统由两套光学子系统和转台子系统组成,成像相机子系统能够对宽视场相机给出的重点目标高分辨率成像,宽视场相机可以在大范围内自主实现对中低轨上运行的距离800 km以上空间目标的探测,并能够在目标接近到150 km～30m的范围内实现对目标的连续跟踪和成像.该光学组合探测成像系统与转台配合可以实现对目标的全域普查以及区域特定目标的详查.两套子系统之间相配合能够实现大范围、远近距离目标的识别、跟踪及成像,应用于空间飞行器防撞系统中,对于保障空间飞行器的安全具有重要意义.     

空间目标天基成像探测信噪比分析

基于光散射理论和轨道动力学,引入区域分解、网格划分和矢量坐标变换的思想,利用双向反射分布函数建立了空间目标等效星等的数学模型。结合空间目标天基成像探测的噪声来源建立了空间目标探测信噪比的数学模型。以空间目标天基红外系统为例,根据目标的结构特性、材料特性、背景特性、轨道特性及探测器的轨道特性、性能参数等,计算了目标等效星等和目标探测信噪比随时间的变化关系。结果表明,目标等效星等在观测时间内存在约3个星等的差别,导致目标探测信噪比在观测过程中也随之变化。仿真结果验证了建模方法的正确性,实现了空间目标天基成像探测信噪比的动态分析。     

空间目标光学散射特性研究进展

空间目标光学散射特性建模与分析是空间光学监视系统论证设计、性能评价的前提和基础。以空间目标的可见光与激光散射特性为主要研究对象,分析了空间目标光学散射特性的基本研究内容和方法,介绍了国内外应用于卫星表面材料的比较典型的BRDF 模型,从卫星表面材料BRDF 测量与建模、目标可见光散射特性测量与仿真计算和空间目标LRCS 测量与仿真计算三个方面,介绍了国内外典型研究单位的研究成果以及下一步的研究发展方向。可为空间目标光学特性研究思路与方法提供借鉴。     

地基红外探测系统的作用距离研究

从红外辐射学原理出发,根据空间目标的特征和环境,首先计算了空间目标在中波段和长波段的辐射强度;然后分析了大气透过率对目标作用距离的影响,并估算出地基红外探测系统对空间目标进行探测的作用距离;最后通过与外场实验数据结果的对比,视距大约为757km的卫星,其表面温度为290K左右,这证明了针对空间目标红外辐射的分析方法是正确的,因此也证明了地基红外探测系统具备探测中低轨道空间目标的能力.     

近空间高速流场环境小目标探测分析与试验

随着空间安全与应用探索的不断深入,近空间飞行器目标探测效能成为研究的核心问题。光学成像探测能够直观反映目标的形态、光谱与运动特性等多维度信息,因此成为空间探测感知的重要手段。在近空间大气密度、气压、对流等条件作用下,导致高速飞行器光学探测设备成像质量与探测性能衰减。采用以成像系统、大气传输系统和目标背景系统为要素的目标探测分析模型,根据气动光学效应理论,建立高速流场气动光学效应评价方程,对深空、近地等典型应用场景进行成像探测分析。设计了高速流场环境下目标探测地面验证试验,仿真测试结果表明,针对空间高速飞行目标,采用900~1 700 nm谱段短波红外探测器配合厚度10 mm以上石英窗口,对尾焰目标辐射具有良好观测效果;通过降低探测设备曝光时间、优化曝光控制策略及选用光学带通滤光片等方式,能够有效抑制背景杂光与气动光学效应影响。     

天基对静止轨道空间目标可见光探测的几何位置分析

以天基可见光遥感器探测地球同步静止轨道空间目标为例,详细分析和讨论了在天基空间目标可见光探测的任务中,太阳、空间目标和天基可见光遥感器三者的相对位置关系,并对可实现天基空间目标可见光探测的条件进行了梳理和分析,最后给出了适宜天基空间目标可见光探测的条件和结论,为遥感器的在轨工作能力分析和工作模式设置提供了依据.     

相机阵列在空间目标观测中的应用综述

相对大口径光学系统,相机阵列光学系统具有开发周期短、成本低的特点,近年来,被广泛使用于空间目标观测项目,以实现低成本、大视场、高分辨率、高探测能力的光学观测,在太空安全中具有重要的应用价值。介绍了国内外相机阵列光学系统在空间目标观测中的应用现状与最新进展,针对空间目标观测中的需求,着重从视场、分辨率、探测能力三个方向分别对相机阵列光学系统的结构组成和性能参数进行介绍,并进行比较,总结了相机阵列光学系统在空间目标观测中存在的问题及发展趋势。     

空间目标监视雷达探测低轨卫星效能分析

与光学观测和无线电侦测等手段相比,雷达探测具有全天时、全天候的独特优势。文中详细分析了常用的两种卫星位置计算方法,系统阐述了空间监视雷达模型的性能模型、建模思路与构建过程。以北美防空联合司令部于2008年2月14日更新的在轨运行低轨卫星的轨道参数为基础,从经度和纬度两个方面探讨了探测雷达处于不同位置时其扫描波束的仰角对探测低轨卫星数目和次数的影响,并分析了不同仰角的扫描屏对单颗卫星的探测效能。     

基于OpenGL的星载可见光相机成像仿真系统

介绍了一种星载可见光相机成像仿真系统,它主要用 于模拟星载可见光相机观测其他空间目标时的场景并输出仿真 图像。该系统不仅可以为空间目标检测与追踪研究提供图像数 据,而且还可以为空间相机的设计及性能评估提供技术支持。采用 3ds Max软件建立了空间目标的精准三 维模型,并给其赋予了材质属性;使用卫星工具包(Satellite Toolkit, STK) 预报了被观测目标和相机的轨道参数,并利用星表提供了星空背景中 恒星的位置、星等和自行等参数;在开源图形库(Open Graphics Library, OpenGL)中 建立了星载可见光相机观测空间目标时的场景,并模拟了星载可见光 相机的观测效果。结果表明,本文系统具有较高的仿真度和渲染速度,可 以实现深空点目标和近距离面目标的观测成像效果图的实时渲 染。     

空间目标的雷达定轨实时识别问题研究

反导预警雷达在弹道导弹探测模式下可观测到许多低轨卫星,由于作战使命的定位,这些观测数据被直接丢弃,导致其作战效能没有被充分发挥。为进一步挖掘反导预警雷达在日常值班状态下的空间目标监视潜能,本文针对反导预警雷达的工作特点,首先阐述了基于轨道根数的空间目标识别的基本数学原理,其中包括坐标转换、轨道确定和轨道匹配等核心处理步骤;其次描述了算法的程序设计思路,并依此研制了空间目标实时识别软件。仿真和实测数据验证了本文空间目标识别算法的有效性,所研制的空间目标实时识别软件可以辅助雷达操作员进行空间目标识别工作。     

深空可见光图像中弱小运动目标实时检测

 针对深空可见光图像背景特征与目标特性,提出了迭代质心的方法自适应地搜索恒星灰度质心作为特征点并构造基于恒星空间分布的特征模型,实现亚像素级精度的图像序列配准,通过8-邻域联通聚类分析的路径判别法,解决了弱小运动目标实时检测.     

新型紧凑型大相对孔径可见光光学系统

针对空间碎片探测相机光学系统的使用要求,借助衍射光学元件特殊的消色差和消热差特性,提出了一种结构紧凑、成像质量良好的大相对孔径空间碎片探测相机光学系统结构,解决了以往该类系统相对孔径小、结构复杂等不足的问题,给出了100mm 焦距,1/1.5 相对孔径,6对角线视场的设计实例,并进行了像质评估,该结构可满足空间碎片探测相机光学系统对能量集中度、弥散斑直径、垂轴色差、畸变、热差等像差的要求。结果表明,衍射光学元件的使用实现了系统轻量化、小型化、高像质的设计要求,大大提高了该空间碎片探测相机的成像性能,为该类系统的设计提供了一种新的思路。     

低轨道遥感相机光机热一体化分析及优化设计

低轨道卫星热环境复杂恶劣,对遥感相机光机结构的热性能提出了严格要求。本文提出了一种基于在轨温度场的光、机、热一体化仿真分析方法,以某低轨道卫星相机为例,分别采用Thermal Desktop、MSC Patran/Nastran、Code V构建热分析模型、结构有限元分析模型、光学分析模型,分析得出了相机单次成像时间内最极端工况下各反射镜的平移、倾斜及镜间距变化量等结构变形特性,计算了光学系统MTF的变化,并剖析了系统传函的主要影响因素。然后从主承力结构的结构参数出发进行了优化设计,优化结果表明主承力结构线胀系数在(5~5.5)×10－6时系统热特性最优,系统传函满足指标要求。     

衍射光学系统红外光谱目标探测性能

衍射光学系统具有大口径轻量化的优点,但其光谱范围较窄,能利用的红外信号能量较小,通常认为采用后会使红外相机的探测信噪比降低。基于衍射光学系统,分析了对地观测红外相机的目标探测性能,结合一个非制冷红外相机信噪比计算示例,明确了在地物背景和目标光谱特性不同的条件下,基于衍射光学系统的红外相机仍可能具有良好的目标探测性能。同时将红外相机等效噪声功率与激光和电子学系统进行对比,提出了红外探测系统的性能还可能进一步提高的观点,给出了一种引入激光本振结合电子学滤波细分红外光谱降低等效噪声功率的方法。     

地基红外系统探测空间目标红外星等的分析

地基红外系统探测空间目标的能力与目标辐射特性、背景辐射特性、大气条件、红外光学系统性能、探测器特性等因素密切相关。分析了空间目标在外太空背景下的红外辐射特性,基于满足红外焦平面探测器的最低可探测信噪比,综合考虑空间点目标成像的弥散斑、背景辐射和大气衰减的影响,推导了地基红外探测系统对空间点目标的作用距离估算方程。红外星等用来计算星体在红外波段的亮度,讨论了用红外星等划分空间目标的方法和原理。根据中波和长波计算红外星等的公式,给出了不同温度的空间目标与对应的红外星等的关系。为地基红外探测系统的设计和应用以及探测不同红外星等空间目标的综合性能评价提供了理论依据。