卫星表面褶皱会对卫星的光学散射特性产生显著影响,进而影响光学设备对目标的探测,而关于卫星褶皱表面光学散射特性的研究大多将褶皱近似为漫反射材料,导致近似误差大且缺乏依据的问题。以卫星表面常用包覆材料银色聚酰亚胺薄膜为研究对象,借助三维(3D)建模技术实现对空间目标褶皱表面的模拟,通过计算不同入射角和观测角时目标的光学横截面积,定量研究了不同程度的褶皱对目标光学散射特性的影响。结果表明:褶皱使目标峰值散射变暗,但使探测器的可观测范围变大,由平整表面5°镜面反射角发散至褶皱表面约42°可观测反射角,对散射特性产生了巨大影响;在对卫星进行光学特性研究时,需结合卫星的加工情况对目标表面进行相应的褶皱处理,以提高分析精度。

空间目标光学横截面积(OCSA)的准确计算是空间目标特性分析及识别的重要基础和前提之一。针对面元网格法计算OCSA实时性差，计算机图形学方法对材质的双向反射分布函数(BRDF)描述能力弱等问题，提出了一种基于OpenGL拾取技术的复杂空间目标OCSA计算方法。通过OpenGL拾取技术实现面元的一次遮挡判断，再基于改进Z缓冲技术实现面元的二次遮挡判断，在实现计算实时性的基础上保留了面元的详细信息，使高精度BRDF模型应用及OCSA精确计算得以开展。设计了嵌套式圆柱体和实际卫星模型并计算了其OCSA值，其中嵌套圆柱体OCSA的计算误差小于0.08%，在普通计算机上运行的平均耗时小于0.01 s，对卫星OCSA的计算平均耗时小于0.1 s，验证了本文方法的正确性和实时性。

设计了一个基于可见光成像并针对空间点目标的天基空间目标成像仿真系统。分析了天基空间目标探测成像的过程，据此将成像仿真过程分为轨道仿真、恒星背景成像仿真、目标成像仿真及电荷耦合器件(CCD)传感器系统仿真四个部分。在空间目标仿真部分将卫星主体简化为长方体、圆柱体及球体三种结构，借鉴雷达截面积提出了目标的光学截面积，利用目标光学截面积可以简单快速地得到目标在成像平面上的亮度大小。该系统实现了基于可见光成像的远距离天基空间点目标成像仿真，可以获取任意观测时段、任意轨道下不同主体结构的空间目标观测仿真图像。

采用Monte-Carlo方法，对气溶胶凝聚粒子进行了模拟，讨论了凝聚粒子的孔隙特性，分析了空间结构、原始粒子数目对凝聚粒子孔隙率和等效折射率的影响。结合物质的电结构，将气溶胶凝聚粒子离散为一系列偶极子，利用离散偶极子近似方法，数值计算了不同孔隙率气溶胶凝聚粒子的散射、吸收和消光截面各种取向的统计平均值。结果表明，气溶胶凝聚粒子的孔隙率明显取决于其空间形状和所含原始微粒的数目；气溶胶凝聚粒子的等效折射率、吸收、散射和消光截面则随孔隙率的增加而减小。研究结果可为全面理解气溶胶粒子光学特性提供参考；也可为某些涂层材料光学性能的改变提供参考，通过改变涂层材料中凝聚粒子的孔隙率来改变涂层材料的等效折射率，进而改变涂层材料对光的散射和吸收。

在文章[1]的基础上,根据M.L.Aden和A.Kerker的复合微粒子光散射理论计算了汽溶胶大气中复合微粒子模型的光学特性,得到了汽溶胶的散射截面、吸收截面和消光截面以及红外发射率光谱,为研究大气红外传输提供了计算方法.

根据Mie散射理论,研究了粒子线度对Mie散射光强的影响,不同性质的粒子,其影响效果不同,在固定入射波长条件下,散射光强随粒子线度呈周期变化,同时发现H2O微粒子散射光强峰峰间距与粒子的线度和波长的关系可简单的表示为Δa=-0.133 3+0.222λ.

根据Mie 微粒子光散射理论计算了汽溶胶大气模型的光学特性,得到了汽溶胶的散射截面、吸收截面和消光截面以及红外波段散射强度分布,同时计算了汽溶胶大气的发射率光谱。为研究大气红外传输提供了计算方法。