[发明专利]一种卫星光学特性的实验室测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种卫星光学特性的实验室测量方法，属于空间目标监视技术领域，用于辅助分析卫星等空间目标的光学特性，有助于开展空间目标特征提取及识别工作。

背景技术

卫星等空间目标光学特性的实验室模拟观测技术，是在实验室内模拟空间目标所面临的空间光照条件和光源-目标-探测器三者之间的相对几何关系，实现对实际观测过程(地基、天基光学观测)的模拟。通过实验室模拟观测，可以直接获得被测目标的可见光散射特性数据，研究相位角、目标几何形状、表面材料、姿态等因素对目标光学特性的影响，可用于分析数值建模无法模拟的问题，如加工工艺影响、材料表面特性等，是空间目标监视的重要研究内容。

在进行地面实验室模拟时，考虑到光源(典型的如大型太阳模拟器等)和探测器(光谱仪等接收器)通常较重，直接采用和实际观测情况对应的“以卫星本体坐标为基准”的设备布局方法，即目标模型不动，光源和探测器同时绕目标作任意角度的2轴旋转，对转动机构的强度和刚度要求很高，不仅增加成本而且还难以保证转动精度，国内外采用此类机构的测量系统在测量范围和精度上都受到制约。目前，美国国家航空航天局/约翰逊空间中心的光学测量中心(OpticalMeasurementsCenter)采用角度映射的方法，使光源和探测器的观测相位角始终保持在水平面内，无需上下移动，较以卫星本体系为基准的布局设置大大简化了设备布局，降低了成本。但由于中央机械臂承重能力小，旋转臂上无法安装大口径光源，只能对空间碎片进行室内光学特性测量。国内对空间目标光学散射特性测试研究较少，中科院安徽光机所、光电研究院、长春理工大学等单位均开展了对卫星缩比模型或样片的光学特性实验室测量研究，但所用测量系统仅支持对小型目标的测量(0.3米直径以内)且测量角度范围有限。北京航天部二院207所目标与环境光学特征国防科技重点实验室搭建了一套空间目标可见光散射特性测量系统，被测目标放在姿态可调的旋转轴上，首次实现了室内空间目标可见光散射特性的测试。上海宇航系统工程研究所牵头研制了空间目标光学动态特性测试系统，探测器在周视测试车上进行升降及方位调整，与目标姿态控制系统组成个六自由度姿态模拟系统。由于没有采用角度映射方法，上述两套对实际卫星的实验室测量系统使用六自由度姿态模拟系统，不仅控制系统复杂并且设备成本较高。由于受承重能力的限制，上述两方案所能模拟的空间角度非常有限。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种米级卫星模型光学特性的实验室测量方法，提出太阳模拟器固定不动、探测器在水平面内运动、卫星做三轴姿态转动的实验室模拟测量方案，采用角度映射的办法，实现与实际观测等效的观测效果。为充分利用室内空间以延长探测器与模型之间的光路，本发明提出采用半圆形滑轨，通过空间映射模拟全方位观测的方案。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种卫星光学特性的实验室测量方法，包括：

步骤一、模拟卫星的运动建立卫星姿态运动模型；

步骤二、相对卫星姿态运动模型建立向所述卫星模型投射的光源模型，模拟太阳对卫星的照射；

步骤三、相对卫星姿态运动模型和光源模型建立模拟探测器探测角度的探测器模型，所述探测器模型中的探测器方向朝向所述卫星姿态运动模型中的卫星模型。

所述卫星模型、光源和探测器位于同一水平面内。

所述卫星姿态运动模型包括转台和安装在转台上的三个相互正交的转台轴系，该转台轴系包括相互正交的俯仰轴、偏航轴和滚动轴，使卫星模型可以绕转台中心旋转；其中滚动轴穿过卫星模型，控制卫星模型转动的同时将卫星模型固定在转台中心。

所述光源中心的位置和投射方向固定不动。

所述的光源为太阳模拟器、氙灯光源、钨灯光源等。

所述探测器模型包括围绕所述卫星模型布置的滑轨和在滑轨上运动的探测器及其支撑台。

所述探测器通过支撑台与所述滑轨连接。

所述滑轨为围绕所述卫星模型布置的半圆形轨道。

所述探测器为光谱仪、CCD相机、光谱成像仪等设备。

一种使用所述卫星光学特性的实验室测量方法的测量系统，其特征在于，包括卫星运动模型、光源和探测器模型；其中

所述卫星姿态运动模型，模拟卫星的姿态运动；

所述光源，向所述卫星姿态运动模型的卫星模型投射，模拟太阳照射卫星；

所述探测器模型，所述探测器模型中的探测器方向朝向所述卫星姿态运动模型中的卫星模型。

卫星光学特性实验室测量方案设计。通过对空间光学观测过程的等效处理，在实验室内实现对卫星光学观测的等效模拟；