隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展,太空中的空間目標(biāo)種類和數(shù)量急劇增多,亟需提高空間目標(biāo)的精準(zhǔn)辨識與態(tài)勢感知能力。地基光學(xué)觀測系統(tǒng)具有可探測距離遠(yuǎn)、不受體積、質(zhì)量與功耗等工程制約、實(shí)現(xiàn)難度小等優(yōu)勢,是空間目標(biāo)特別是中高軌目標(biāo)監(jiān)視與態(tài)勢感知重要手段。但由于地基觀測距離遠(yuǎn),空間目標(biāo)在觀測數(shù)據(jù)中多體現(xiàn)為具有光度信號的點(diǎn)目標(biāo)。而且光度信號中耦合了目標(biāo)軌道、姿態(tài)、材料、光照條件等眾多因素的影響,這也增加了基于光度信號的空間目標(biāo)軌道、姿態(tài)、質(zhì)量等關(guān)鍵特征精確反演的難度。并且受到探測系統(tǒng)噪聲、觀測模型不準(zhǔn)確等因素的影響,現(xiàn)有基于光度信號的空間目標(biāo)關(guān)鍵特征反演方法適用條件苛刻、精度不高,難以滿足對空間目標(biāo)精準(zhǔn)辨識與態(tài)勢感知的需求。針對上述問題,本文通過建立空間目標(biāo)地基觀測模型、運(yùn)動模型,并結(jié)合非線性濾波思想,深入開展了基于地基光度信號的空間目標(biāo)軌道、姿態(tài)和質(zhì)量等關(guān)鍵特征的反演方法研究,并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文的主要研究內(nèi)容如下:（1）空間目標(biāo)地基觀測模型與運(yùn)動模型建立。從空間目標(biāo)地基光度信號形成機(jī)理出發(fā),基于輻射度學(xué)原理,對地基觀測空間目標(biāo)光度信號的影響因素進(jìn)行分析,綜合考慮了空間目標(biāo)幾何特性與表面反射特性、目... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

空間目標(biāo)成像大小隨著自身尺寸的減小和探測距離的增加而降低

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文5這一物理量進(jìn)行了反演估計(jì)[35]。(a)三軸穩(wěn)定衛(wèi)星光度曲線(b)失效衛(wèi)星光度曲線圖1-2不同運(yùn)動狀態(tài)衛(wèi)星光度信號曲線[35]2017年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)在確定衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)的前提下，針對三軸穩(wěn)定狀態(tài)衛(wèi)星，基于多級假設(shè)檢驗(yàn)法對其姿態(tài)進(jìn)行了反演，并給出算法適用條件[16]。2019年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)對衛(wèi)星表面為理想表面和存在褶皺兩種情況下的時序光譜信號進(jìn)行了仿真，并且基于LM算法對姿態(tài)發(fā)生變動的目標(biāo)衛(wèi)星的姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行了反演[36]。但該方法主要適用于天基觀測條件下的衛(wèi)星姿態(tài)參數(shù)反演，且需要已知衛(wèi)星的軌道參數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中容易受到限制。裝備學(xué)院的杜小平等研究人員將曲線匹配思想引入光度學(xué)領(lǐng)域，綜合考慮了光度曲線的幾何特征與統(tǒng)計(jì)特征，利用不同空間目標(biāo)的光度曲線進(jìn)行匹配的方法對空間目標(biāo)的幾何形狀進(jìn)行反演，該方法成功區(qū)分出了圓柱體、球體與立方體衛(wèi)星[37]。西安交通大學(xué)的單斌等人建立了空間目標(biāo)光度觀測模型，對已知軌道和姿態(tài)的空間目標(biāo)光度信號曲線進(jìn)行了仿真，并利用UKF方法基于仿真觀測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了對簡單多棱柱目標(biāo)的姿態(tài)與角速度參數(shù)反演[38]，但是該方法沒有給出姿態(tài)參數(shù)反演誤差范圍。1.2.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析由國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析可知，空間目標(biāo)關(guān)鍵特征反演方面，研究人員分別對基于光度信號的空間目標(biāo)參數(shù)反演已經(jīng)展開了一定的研究，其中利用空間目標(biāo)光度曲線對目標(biāo)幾何形狀進(jìn)行反演的方法主要可以分為高斯面密度法、時序光度曲線匹配法以及基于控制點(diǎn)的向量估計(jì)法，如表1-2列舉了幾種常見空間目標(biāo)形狀反演方法。但是，目前空間目標(biāo)幾何形狀反演方法多是對簡單空間目標(biāo)進(jìn)行區(qū)分，如火箭、失效衛(wèi)星等。在空間目標(biāo)姿態(tài)參數(shù)反演方面，國內(nèi)外研究人員分別利用光度信號?

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文12(c)入射角30°(d)入射角45°(e)入射角60°(f)入射角75°圖2-4不同入射角度面元反射情況示意圖2.2.3空間目標(biāo)光度信號地基觀測模型2.2.3.1背景輻射計(jì)算太空環(huán)境中的背景輻射主要包括太陽直射、深空背景輻射和大氣散射，，由于地基觀測系統(tǒng)能夠接收到的空間目標(biāo)輻射主要來自其對太陽輻射的反射，因此在本文中主要考慮太陽光對目標(biāo)的直射，其余的輻射忽略不計(jì)。根據(jù)輻射度學(xué)定義，空間目標(biāo)所在地球大氣層外接收到太陽光譜輻射照度計(jì)算公式為：2()sunsunserEMl=(2-5)式中，sunr為太陽半徑，sel為地球至太陽平均距離，M為太陽的光譜輻射出射度。根據(jù)普朗克公式，太陽的光譜輻射出射度表達(dá)式為：1125exp1ccMT=(2-6)式中，1c為第一輻射常數(shù)1c=3.7418e-162Wm,2c為第二輻射常數(shù)2c=1.4388e-2


本文編號：3073577