空間碎片主動清除需要充分掌握碎片的旋轉運動特性,而對碎片進行光度變化分析是提取目標旋轉特性的有效手段。文章基于統(tǒng)計獲得的雙向反射分布模型,建立了典型空間碎片光度變化分析模型,模擬分析了不同旋轉態(tài)下碎片的光度信息變化�；诠庾兦�分析,確定了光度變化峰谷差值與旋轉軸向相位角在不同旋轉軸指向變化條件下的變化規(guī)律,并通過光變分析近場模擬試驗進行了驗證。另外,在光度差值分析基礎上,提出了縮小搜尋旋轉軸指向取值區(qū)間的方案,為簡化遍歷式旋轉軸向提取流程提供了支持。 

【文章來源】：航天返回與遙感. 2020,41(03)CSCD

【文章頁數】：11 頁

【部分圖文】：

影響瞬時光

104航天返回與遙感2020年第41卷期內的光度變化趨勢。因此，仿真中需盡可能考慮目標運動過程中影響光度探測的目標特性，如目標的軌道特征、運動特征、結構特征、材料特征、背景輻射特征等。對于碎片而言，其旋轉狀態(tài)復雜，因此需要根據不同的碎片目標特性搭建合適的仿真平臺，尤其是目標材料和結構特性各不相同導致獲得光變信息的不同。綜合考慮上述因素，本文提出了一種空間碎片運動光度探測仿真平臺的搭建思路（如圖1所示），對目標面元分割獲取結構模型，對雙向反射分布函數、光散射截面分析獲取材料與反射模型，對目標運動姿態(tài)分析獲取相對運動模型，最終得到目標整體的光度探測模型。圖1空間碎片旋轉運動光變探測仿真平臺搭建流程Fig.1Aconstructionprocessofthespacedebrisrotationopticalvariabledetectionsimulationplatform對于目標結構，通常選取碎片可簡化的典型形狀進行研究，基于典型形狀所表現(xiàn)的各自幾何特征來表征結構特征對目標光度信息變化的影響。對于球體及類球體碎片來說，各向同性反射條件下，其光度變化并不明顯，考慮光變的復雜性以及典型形狀的適用性，本文以方體碎片為例進行光變分析。仿真中需要計算目標投射到探測器像面的光通量，需對目標表面作面元分割，此時面元線度與探測器參數之間需滿足：1Laf≤（1）式中a1為面元劃分量級；L表示探測器和碎片間距離；f為探測器焦距；為探測器像元線度。實際分割過程中，在確定尺度時需考慮劃分尺度與運算效率間的平衡關系。確定了劃分量級后，面元位置可由面元幾何中心坐標代替，后續(xù)對于整個目標結構的分析也就解算成對于所有面元變化情況集合的分析。1.2表面光學散射特性模型空間碎片本身不會自我發(fā)光，因此觀測中得到的反射光譜主

表面的反射和散射特性，其數學描述為出射指向kr的輻射亮度riirrdL,;(),和入射指向ki照射到單一面元dA上的輻照度iiiE()d,之間的比值[23]，即riirrriirriiid,;,()(;),,d,()LfE（3）式中i和i分別為入射光線的天頂角和方位角；r和r分別為出射光的天頂角和方位角；輻射亮度rdL定義為輻射方向上單位面積內的輻射通量；riirrf,;(),為確定材料特性下的BRDF值。根據面元劃分量級，均勻分割后的任意單一面元dA的幾何關系如圖2所示。考慮模擬碎片目標的材料特性和表面粗糙度，建模中使用了文獻[24]中提出的可較好擬合金屬粗糙表面的BRDF模型，其擬合表達式為2bzirdr2ziricos(,,)exp(1cos)πl(wèi)n211coscoscoscosakkGkfbk（4）式中kb，kz，b，a，kd為待定參數；irG(,,)為表面遮蔽函數；為法線的傾斜角；為微元的光反射夾角；為相對方位角。式（4）中第一項為近似鏡面反射分量，其中22zzkcos/[1(k1)cos]為面元法線在傾角內的分布函數，決定參數kb，kz的估值，exp[||(1cos)]ab為該面元的局部菲涅爾反射系數，決定參數b，a的估值；第二項為近似漫反射分量，決定參數kb的估值。在目標材料確定的前提下，不同輻射條件下的待定參數均為定值。對于典型碎片材料，其表面遮蔽現(xiàn)象不明顯，可取irG(,,)=1，由此修正后的BRDF表達式為2bzdr2ziricos1exp[||(1cos)]πl(wèi)n21(1)coscoscoscosakkkfbk（5）目標的光散射特性通常用光學散射截面OCS表征，即rirOCScoscosd

【參考文獻】：
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本文編號：3490031