[发明专利]一种三要素模型描述空间目标光学散射特性的方法

说明书

本发明提供一种描述空间目标光学散射特性的三要素模型，该模型在二面元模型基础上增加镜反部件描述要素，用于描述空间目标含有镜反现象的光学散射特性。三元模型描述包含镜反现象的空间目标光学散射特性，解决二元模型无法描述卫星本体上包含镜反部件的光学散射特性，本发明对空间目标的光学散射特性描述更加全面，同时本发明提供了本体反射率的确定方法、本体表面镜反部件指向解析方法和描述方法，并提供了镜反部件面积确定方法。

技术领域

本发明涉及一种三要素模型描述空间目标光学散射特性的方法。

背景技术

空间目标光学散射特性分析是空间目标监视的基础，空间目标光学散射特性的描述是开展目标特性分析和特征反演的前提。空间目标光学散射特性是外部因素和内部因素共同影响的结果，外部因素指空间观测几何，即太阳、目标和地面测站在空间中三者的相对位置，内部因素主要指目标自身的特征，包括目标几何结构、目标形状和姿态以及表面材质等。针对光学监视设备而言，对目标进行光学探测和跟踪，目标的轨道信息是已知的，进而可以确定探测过程中太阳、目标和测站三者之间的相对位置关系，此时空间目标的光学散射特性是空间目标自身特征的体现。空间目标光学散射特性的描述主要有两种方法，一是将目标真实结构、表面材质BRDF以及表面的褶皱情况加以考虑，这种描述可以真实反映目标的光学散射特性，该描述方式主要针对合作目标；二是二面元模型的描述方式，二面元模型的一个面元代表卫星太阳能帆板，另一个面元代表卫星本体，要求帆板面元近似平整平面，并有镜面和朗伯反射特性，本体要求具有特定反射率的朗伯体。

空间目标的形状结构、表面褶皱起伏以及运动规律复杂，针对非合作目标难以获取上述目标自身的特征，将目标简化为二面元模型实现目标工作状态、形状、表面反射率等特征反演，是国内外学者描述空间目标光学散射特性的主要方式。但是二元法无法描述包含镜反现象的空间目标光学散射特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的二元法无法描述包含镜反现象的空间目标光学散射特性的缺陷，提供一种三要素模型描述空间目标光学散射特性的方法，在二面元模型基础上增加镜面反射部件描述要素，用于描述空间目标含有镜反现象的光学散射特性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供了一种描述空间目标光学散射特性的三元模型，考虑卫星本体表面镜面反射部件的散射特性，进而更加完善的描述空间目标的光学散射特性。

本发明的目的通过以下技术方案具体实现：

三元法描述空间目标光学散射特性，包括：

步骤一、获取空间目标的光度数据，光度数据含有明显的镜反现象；

步骤二、构建卫星三维模型，三维模型包含三个部分，一是方形的卫星本体，卫星本体表面视为朗伯材质，反射率待定；二是卫星帆板，表面包覆空间目标帆板常用材质；第三部分为镜面反射部件，镜面反射部件表面包覆镜面反射材质，镜面反射部件的指向待定，初始时设定很小的面积；

步骤三、由空间目标的轨道数据解析观测过程中太阳、测站和空间目标三者相对位置序列，目标姿态为三轴稳定对地定向；

步骤四、将卫星本体表面反射率设定一个初值，镜面反射部件初始指向为对地方向，将卫星三维模型和位置序列输入目标OCS计算程序，计算当前本体反射率下目标的光度曲线，计算过程中卫星的帆板追踪太阳。

步骤五、调整卫星本体反射率，在不考虑镜面反射部件的散射特性的条件下，使得步骤四得到的光度曲线与实测光度曲线的平均误差最小；

步骤六、根据实测数据出现镜反时刻，抽取该时刻下太阳、目标和测站的相对位置关系；

步骤七、由光的反射原理，根据镜反时刻太阳、目标和测站的相对位置关系解析出镜面反射部件的指向，指向的描述采用欧拉角；