空間碎片主動(dòng)清除需要充分掌握碎片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)特性,而對碎片進(jìn)行光度變化分析是提取目標(biāo)旋轉(zhuǎn)特性的有效手段。文章基于統(tǒng)計(jì)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(zhuǎn)態(tài)下碎片的光度信息變化。基于光變曲線分析,確定了光度變化峰谷差值與旋轉(zhuǎn)軸向相位角在不同旋轉(zhuǎn)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(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。另外,在光度差值分析基礎(chǔ)上,提出了縮小搜尋旋轉(zhuǎn)軸指向取值區(qū)間的方案,為簡化遍歷式旋轉(zhuǎn)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(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

影響瞬時(shí)光

104航天返回與遙感2020年第41卷期內(nèi)的光度變化趨勢。因此，仿真中需盡可能考慮目標(biāo)運(yùn)動(dòng)過程中影響光度探測的目標(biāo)特性，如目標(biāo)的軌道特征、運(yùn)動(dòng)特征、結(jié)構(gòu)特征、材料特征、背景輻射特征等。對于碎片而言，其旋轉(zhuǎn)狀態(tài)復(fù)雜，因此需要根據(jù)不同的碎片目標(biāo)特性搭建合適的仿真平臺，尤其是目標(biāo)材料和結(jié)構(gòu)特性各不相同導(dǎo)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(yùn)動(dòng)光度探測仿真平臺的搭建思路（如圖1所示），對目標(biāo)面元分割獲取結(jié)構(gòu)模型，對雙向反射分布函數(shù)、光散射截面分析獲取材料與反射模型，對目標(biāo)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)分析獲取相對運(yùn)動(dòng)模型，最終得到目標(biāo)整體的光度探測模型。圖1空間碎片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)光變探測仿真平臺搭建流程Fig.1Aconstructionprocessofthespacedebrisrotationopticalvariabledetectionsimulationplatform對于目標(biāo)結(jié)構(gòu)，通常選取碎片可簡化的典型形狀進(jìn)行研究，基于典型形狀所表現(xiàn)的各自幾何特征來表征結(jié)構(gòu)特征對目標(biāo)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(fù)雜性以及典型形狀的適用性，本文以方體碎片為例進(jìn)行光變分析。仿真中需要計(jì)算目標(biāo)投射到探測器像面的光通量，需對目標(biāo)表面作面元分割，此時(shí)面元線度與探測器參數(shù)之間需滿足：1Laf≤（1）式中a1為面元?jiǎng)澐至考墸籐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(shí)際分割過程中，在確定尺度時(shí)需考慮劃分尺度與運(yùn)算效率間的平衡關(guān)系。確定了劃分量級后，面元位置可由面元幾何中心坐標(biāo)代替，后續(xù)對于整個(gè)目標(biāo)結(jié)構(gòu)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(xué)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(shù)學(xué)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(nèi)的輻射通量；riirrf,;(),為確定材料特性下的BRDF值。根據(jù)面元?jiǎng)澐至考�，均勻分割后的任意單一面元dA的幾何關(guān)系如圖2所示�？紤]模擬碎片目標(biāo)的材料特性和表面粗糙度，建模中使用了文獻(xiàn)[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(dá)式為2bzirdr2ziricos(,,)exp(1cos)πl(wèi)n211coscoscoscosakkGkfbk（4）式中kb，kz，b，a，kd為待定參數(shù)；irG(,,)為表面遮蔽函數(shù)；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(xiàng)為近似鏡面反射分量，其中22zzkcos/[1(k1)cos]為面元法線在傾角內(nèi)的分布函數(shù)，決定參數(shù)kb，kz的估值，exp[||(1cos)]ab為該面元的局部菲涅爾反射系數(shù)，決定參數(shù)b，a的估值；第二項(xiàng)為近似漫反射分量，決定參數(shù)kb的估值。在目標(biāo)材料確定的前提下，不同輻射條件下的待定參數(shù)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(dá)式為2bzdr2ziricos1exp[||(1cos)]πl(wèi)n21(1)coscoscoscosakkkfbk（5）目標(biāo)的光散射特性通常用光學(xué)散射截面OCS表征，即rirOCScoscosd

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3490031