1 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
2 长光卫星技术股份有限公司, 吉林 长春 130000
本文针对空间目标受到的太阳辐射、地球辐射、地球反照辐射,采用蒙特卡洛(Monte Carlo)法,基于非结构四面体网格编写了仿真程序,并对计算结果进行了对比验证。进一步地,对太阳同步轨道卫星受到的轨道外热流,采用带帆板的网格对有无遮挡情况下各表面受到的轨道外热流进行了分析。结果显示,在对地模式下考虑遮挡后,−Y表面平均热流值降低了53.79 W/m2,+Y−Z侧帆板表面平均热流值降低了32.05 W/m2。结合表面材料属性,分析了各表面的温度特性,并结合帆板温度的在轨遥测数据,验证了计算的准确性。最后,计算了两种模式下各方向的红外辐射强度。结果表明,不同观测模式下各表面受热流的影响不同,对地模式下各表面温度随时间变化较大,而对日模式下各表面热流较为稳定。两种模式下,太阳能帆板的温度较高,辐射强度较大,具有明显的红外特征,便于开展红外观测。
轨道外热流 空间目标探测 红外辐射 蒙特卡洛方法 orbit external heat flow space target detection infrared radiation Monte Carlo method
1 中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
针对数字化装备构建需求,以天基数字成像系统为研究对象,提出成像链路数理模型构建方法。建立相机、目标光学观测可见性模型和目标几何与光学特性模型,并通过路径追踪全局光照算法及光线重要性采样方法构建成像辐射传输模型,经过光电能量转换及成像调制模型输出空间目标数字成像结果。基于成像平台和空间目标的轨道参数,对比 Satellite tool kit (STK) 二体轨道模型15 d内的可见性仿真结果,验证了提出的可见性模型的正确性。在时间间隔3 s,距离70~200 km的条件下,对姿态对地定向目标进行成像仿真,结果表明,该成像链路数理模型可以有效生成在满足轨道监测条件下的目标序列图像,同时文中模型对天基装备数字系统建设也具有一定参考价值。
天基成像 数理模型 全局光照 空间目标 space-based imaging mathematical model global illumination space target 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230351
中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站,吉林 长春 130117
目前,移动测站以其高机动性正逐步成为空间目标监测网络重要的系统组成,应用于空间目标的共视观测与精密跟踪。针对移动测站光电望远镜由于工况的不稳定性以及装调过程中存在的指向误差,文中提出了一种基于星图匹配脱靶量标定的指向误差修正方法。首先,根据编码器轴系定位筛选出定标星群并进行资料归算;其次,采用面向脱靶量标定的快速星图匹配算法识别出与测量恒星相匹配的定标星坐标,并作为理论位置;最后,将多颗测量恒星坐标带入脱靶量标定指向修正数学模型对望远镜的指向进行拟合与标定。实验结果证明:采集一组序列图像对光心指向进行修正,单帧图像的修正周期约为2.2 s,从第10帧后修正量基本趋于稳定。对全天区典型分布的一批子天区进行指向修正,指向误差均值由修正前的124.24″提高至4.97″,标准差从41.50″提高至4.76″。综上所述,基于星图匹配脱靶量标定的指向误差修正方法对于提高测站望远镜的指向精度效果显著,且该方法的修正过程与望远镜机架结构无关,因此也可适用于不同机架结构的望远镜指向修正。
光电望远镜 指向误差 星图匹配 空间目标 optoelectronic telescope pointing error star pattern matching space target 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220813
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国人民解放军95841部队,甘肃 酒泉 735000
3 中国人民解放军63791部队,四川 西昌615000
为提高光测设备在空间目标测量过程的自动化程度,提出了一种自动化测量方法。介绍了系统组成及其自动化运行流程。以观测目标数最大化及观测时长可用于编目为准则,设计待优化函数,采用粒子群优化算法对观测计划进行编排。针对轨道预报数据误差较大时目标在视场外无法识别的问题,给出两种主动搜索策略。仿真计算表明,经过优化后的观测计划,解决了弧段重叠导致个别目标无法观测的问题,同时自动完成了对各目标观测时长的合理控制。对某型号光测设备在螺旋式扫描搜索模式下进行试验,偏移量速度最大值为,加速度最大值为且连续稳定。采用扩张搜索与收缩搜索相结合的方式,不仅提高了目标的捕获概率,而且在结束搜索时可平稳切换到原始引导模式。实测试验表明,该方法可有效提高设备的自动化运行水平及设备的使用效能。
光学工程 空间目标测量 自动化运行 观测计划优化 主动搜索 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1712001
1 空军工程大学防空反导学院,陕西 西安 710051
2 国防科技大学电子科学学院,湖南 长沙 410073
基于图像的空间目标检测已成为保障在轨卫星运行安全的重要需求之一。已有基于深度学习的无锚框目标检测算法取得了良好进展,但是仍存在检测头结构简单、表征能力不足的问题。对此,提出了基于注意力机制与动态激活的空间目标检测算法。以无锚框目标检测算法的通用网络结构为基础,在检测头中使用基于通道与空间感知的残差注意力模块,以增强网络的特征表征能力;同时,在检测头中串联基于通道感知的动态激活模块,以提升网络在特定空间目标检测任务中的性能。在SPARK空间目标检测数据集上的实验结果表明,所提算法的AP@IoU=0.50∶0.95指标达77.1%,检测性能显著优于主流算法Faster R-CNN、YOLOv3及FCOS。此外,所提算法在训练过程中采用动态样本匹配策略,进一步提升了对小目标的检测能力。
目标检测 注意力机制 动态激活 空间目标 激光与光电子学进展
2022, 59(14): 1415021
西安建筑科技大学 机电工程学院,陕西 西安 710055
空间目标容易受到太空垃圾碰撞及干扰从而产生抖动。针对空间抖动目标红外图像的模型构建问题,对天基空间红外成像系统的主要噪声进行分析并考虑杂散光影响,基于Creator与Vega软件平台相结合,提出抖动状态下空间目标表面缺陷的红外图像的建模方法。依据空间目标基本特征分析其红外辐射特性,在Creator中对空间目标缺陷进行三维建模;根据目标以及背景红外辐射特性对三维模型进行温度场分析,将分析所得结果与Vega红外模块相结合获得红外图像模型;确定抖动图像数学模型并对仿真图像施加抖动影响,然后施加杂散光影响获得最终模拟图像。实验结果表明:该方法生成的抖动状态下空间目标红外图像与实验图像相似程度高,能为空间目标探测与态势感知提供一种有效的模拟系统。
空间目标 抖动状态 Vega Creator 红外图像模拟 space target jitter state Vega Creator infrared image simulation
光子学报
2021, 50(11): 1112003