1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站，吉林 长春 130117
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国人民解放军93175部队，吉林 长春 130117
4 中国人民解放军95975部队，甘肃 酒泉 732750
卫星激光测距（SLR）平均回波光子数是表征系统探测能力的重要参数之一，与激光大气传输特性紧密联系。基于Mie散射理论，结合气溶胶粒子的实际分布情况，提出并利用激光雷达大气修正（LAC）模型计算SLR系统平均回波光子数，以长春站60 cm SLR系统为例，分析气候条件对SLR系统平均回波光子数的影响。结果表明，SLR系统平均回波光子数随地表附近能见度增大而增加，随相对湿度增大而减少。当望远镜俯仰角大于15°时，能见度对平均回波光子数的影响将超过相对湿度，并且在俯仰角为60°左右时达到峰值。阐述了气候条件影响SLR探测性能的内在机制，并为SLR系统选址与性能评估提供了新的理论方案和技术支持。
卫星激光测距 平均回波光子数 大气透过率 激光雷达方程 光学学报
2024, 44(12): 1201007
1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130117
3 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
随着近年来光谱探测仪器灵敏度、 精确度和易用度的不断提升, 光谱技术已经深入到各行各业的物质成分的鉴定与分析中。 对于空间目标的光谱观测是传统光学观测的重要拓展之一, 因其具有的非接触、 无损伤等优点而备受关注, 然而由于观测条件所限, 空间目标的光谱数据量极小, 通过传统方法对其进行分类分析达不到较好效果, 必须探求提高分类精度的方法。 首先, 通过1.2 m空间目标光学望远镜上搭载的光谱相机终端获取空间目标高光谱图像; 再通过天文学测光IRAF方法, 提取空间目标的一维光谱数据; 为对空间目标光谱进行分类, 提出一种结合多种深度学习方法解决小样本数据量的空间目标分类问题。 该方法应用密度聚类方法将空间目标粗糙分类, 一维生成对抗网络方法增加空间目标数据, 一维卷积神经网络方法将空间目标精细分类, 三者组合进而达到较好的实验效果, 整体精度约为79.1%(基于密度聚类、 过采样、 一维卷积神经网络方法组合、 基于K-means、 一维生成对抗网络、 一维卷积神经网络方法组合和基于K-means、 过采样、 一维卷积神经网络方法组合的整体精度分别约为78.4%, 77.9%和77.2%)。 粗糙分类模型中, 密度聚类方法比K-means方法整体精度平均高出约为0.67%; 数据增广模型中, 一维生成对抗网络方法比过采样方法整体精度平均高出约为1.52%; 精细分类模型中, 一维卷积神经网络方法二层网络比三层网络整体精度平均仅高出约为0.003%, 但是运算时间更长。 四种组合方法精度均高于单一方法。 实验结果表明本文提出的组合方法在小样本空间目标类别未知情况下, 可实现细分类且精度较高, 为实现空间目标极小数据量下的图谱一体化分析, 提供一定参考价值。
空间目标 光谱数据 密度聚类 生成对抗网络 卷积神经网络 Space targets Spectral data Density based spatial clustering of applications with noise Generative adversarial networks Convolutional neural networks
1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130117
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室, 江苏 南京 210008
通过两台光电望远镜对空间目标共视观测能够定位空间目标,并且能够解决光电望远镜短弧测角数据的初轨确定问题,但其定位精度与空间目标和两台光电望远镜所形成的观测几何有关。首先对空间目标共视观测定位误差进行分析,然后推导其均方根误差的解析表达式,最后基于长春站和上海佘山站并结合不同轨道高度的低轨激光星CPF(Consolidated Prediction Format)星历生成仿真共视观测数据,用来对空间目标共视观测定位以及定轨精度进行分析。结果表明,两台光电望远镜对低轨空间目标的定位精度能够达到100 m,利用定位数据进行初轨确定可以得到轨道的半长轴误差小于10 km。
探测器 光电望远镜 空间目标 共视观测 初轨确定
1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站，吉林 长春 130117
2 中国科学院大学，北京 100049
基于某光电望远镜阵列研究分析了宽视场型光电望远镜的精密定轨（POD）和轨道预报（OP）精度。利用国际激光测距服务提供的卫星激光测距数据对激光星Jason-3、Cryosat-2进行精密定轨，并将其作为参考轨道，分析了宽视场型光电望远镜观测数据对Jason-3、Cryosat-2的POD和OP精度。计算结果表明，宽视场型望远镜观测数据的POD均方根（RMS）位置误差优于250 m，速度误差的RMS小于0.25 m/s。基于POD结果的3天轨道预报精度优于20″，这表明宽视场型光电望远镜在提高观测效率的同时，能通过事后对观测数据的处理获得空间目标较高精度的轨道信息，为有轨道信息需求的工作和空间任务提供数据支持。
探测器 精密定轨 轨道预报 光电望远镜阵列 空间目标 激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0304001
1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130117
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
4 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室, 江苏 南京 210008
光谱观测技术作为空间目标特征信息获取的一种方式,为空间目标表面材料的识别与性能分析提供了重要的解决方法。目前,光学信息采集元件的精密化程度高,因此空间目标观测技术也呈现多样性。基于长春人造卫星观测站1.2 m空间目标光学望远镜,联合推扫式光栅光谱仪、光纤光谱仪、滤波器光谱相机三种终端设备,分别对恒星与空间目标开展观测并获取光谱数据;进一步,通过数据对观测技术进行适应性分析。结果表明:三种方法均适用于恒星和高轨道空间目标的观测,可得到较好的光谱数据;滤波器光谱相机、光纤光谱仪适用于观测低轨道空间目标;而推扫式光栅光谱仪、滤波器光谱相机适用于观测中轨道空间目标。此外,滤波器光谱相机还可为精跟型空间目标光谱数据的获取提供观测参考。对于不同应用环境,对终端成本、光路调试复杂程度、获取光强度、可调整观测波段、数据处理复杂程度的对比分析可作为后续方案的参考。
激光与光电子学进展
2021, 58(22): 2230001
1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130117
3 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
随着航天活动的日益增加, 空间碎片的数量急剧增多, 对未知空间碎片进行编目和识别显得尤为重要。 由于火箭箭体、 人造卫星及其裂解碎片等在空间中处于外表裸露状态, 其表面材料的物理与化学特性会产生较大变化。 目前, 针对空间目标表面材料的研究主要集中在地面实验室, 无法对其在深空中的状态变化进行准确判断。 利用空间目标光电望远镜及光谱测试终端组合, 可以实时地对空间目标的光谱特性开展研究, 进一步探究材料特性变化对目标特性识别的影响。 通过利用长春人卫站1.2 m空间目标光电望远镜及相关光谱测试终端, 同时结合图像预处理软件获取空间目标的高光谱图像, 进一步运用天文学方法IRAF提取光谱一维数据, 得到可分析数据。 通过偏最小二乘法反演分析表面材料的面积比、 置信度。 实验将6个空间目标光谱数据分别进行反演, 通过6种常用航空材料的反演结果显示所有目标均可解析出至少两种材料, 其共同反演出现金色保温膜, 它是空间目标表面一定含有的材料之一, 其所占表面积比例也较高, 结果分别约为0.75, 0.78, 0.78, 0.59, 0.71和0.45。 其中, 4个目标反演出现碳纤维板, 结果分别约为0.19, 0.22, 0.07和0.24; 3个目标反演出现砷化镓, 结果分别约为0.07, 0.15和0.17; 2个目标反演出现Si, 结果分别约为0.29和0.55。 并且置信度分别约为84.7%, 80.4%, 84.1%, 82.8%, 82.6%和79.6%。 实验结果表明观测方法可信性更高, 在空间目标领域的观测技术、 获取数据、 研究分析等方面的研究结果对后续深入探索具有参考作用。 实验结果和空间目标来源自洽度高, 研究方法简单易行且与传统光学观测兼容性好。 该方法拓展了精密跟踪型空间目标观测的研究领域, 不仅具有目标所在空间环境分析的科学意义, 也具有空间目标运行安全的应用前景。
空间目标 表面材料 光谱探测技术 偏最小二乘法 面积占比 置信度 Space targets Surface materials Spectral detection technology Partial least squares method Area ratio Confidence 光谱学与光谱分析
2021, 41(10): 3299
1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130117
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室, 江苏 南京 210008
测角数据的初轨确定(IOD)是通过光学观测技术进行空间目标编目的关键,然而对于低地球轨道(LEO)空间目标,地基光学观测所获得的数据弧长较短且不包含距离信息。因此,在进行IOD时,所得轨道的误差往往较大,难以应用于进一步的工作中。针对上述问题,研究了LEO空间目标的非协同共视观测技术及其初轨确定,并基于统计学提出了一种利用非协同共视观测技术定位空间目标的新方法。结合中国科学院空间目标与碎片观测网的光学测角数据进行了实验验证,结果表明,所提方法对Ajisai卫星定位的均方根(RMS)误差小于100 m,对空间碎片CZ-2C R/B定位的RMS误差小于200 m,优于传统的三角视差法。随后,将上述定位结果用于IOD,所得轨道半长轴的误差在1 km左右。
测量 光学观测 空间目标 共视观测 初轨确定 光学学报
2021, 41(19): 1912003
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130117
3 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室,中国科学院紫金山天文台, 江苏 南京 210008
卫星形状效应是阻碍卫星激光测距(SLR)系统测距精度向毫米级发展的重要因素之一。基于卫星角反射器的实际分布,提出了角反射器不均匀分布(RUD)模型,计算了激光入射角与参与SLR过程的卫星角反射器个数、分布、反射强度的关系,分析讨论了卫星形状效应对SLR回波数据残差分布、卫星质心改正(CoM)值产生的影响。结果表明,与现有CoM模型不同,利用RUD模型计算得到的参与SLR反射的角反射器个数随激光入射角变化,角反射器分布分散且不对称,同纬度各角反射器反射激光强度不同,SLR回波波形中“拖尾效应”明显,与实测结果相符。同时,利用RUD模型得到的CoM值随激光入射角呈动态变化。对于Lageos-1卫星,长春站CoM平均值为248.1 mm,在国际激光测距服务组织的参考范围之内。
遥感 卫星激光测距 卫星形状效应 角反射器 卫星质心改正
