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空间目标光学散射特性计算方法研究

张玉双 谢晓钢 苏华 张飞舟 李果

张玉双, 谢晓钢, 苏华, 等. 空间目标光学散射特性计算方法研究[J]. 强激光与粒子束. doi: 10.11884/HPLPB202537.250133
引用本文: 张玉双, 谢晓钢, 苏华, 等. 空间目标光学散射特性计算方法研究[J]. 强激光与粒子束. doi: 10.11884/HPLPB202537.250133
Zhang Yushuang, Xie Xiaogang, Su Hua, et al. Research on calculation method for optical scattering characteristics of space target[J]. High Power Laser and Particle Beams. doi: 10.11884/HPLPB202537.250133
Citation: Zhang Yushuang, Xie Xiaogang, Su Hua, et al. Research on calculation method for optical scattering characteristics of space target[J]. High Power Laser and Particle Beams. doi: 10.11884/HPLPB202537.250133

空间目标光学散射特性计算方法研究

doi: 10.11884/HPLPB202537.250133
基金项目: 国家自然科学基金项目(52103073)
详细信息
    作者简介:

    张玉双,zhang_yushuang@iapcm.ac.cn

    通讯作者:

    苏 华,su_hua@iapcm.ac.cn

  • 中图分类号: O433.1

Research on calculation method for optical scattering characteristics of space target

  • 摘要: 光学散射特性是空间目标的重要特征,在目标识别和探测系统中起着非常重要的作用。针对空间目标仿真渲染需求,以及传统目标光学散射特性方法仅给出目标光学散射截面(OCS)、散射特性或模拟目标图像等不足,对空间目标光学散射特性计算进行了较全面研究,给出了空间目标光学散射特性计算流程,给出了目标OCS、目标辐照度、天光背景亮度、目标星等、信噪比和探测概率等计算公式,根据太阳辐射特性、相对于站址位置、天地背景球辐射特性等,利用图形处理单元(GPU)和着色语言实现任意时刻目标光学散射特性计算(目标OCS、探测器接收到的目标反射光功率和背景光功率、目标星等、信噪比和探测概率、模拟目标亮度图像等)。通过球体和圆柱体实验验证了目标OCS计算正确性。通过光学散射特性仿真实验,给出了空间目标在不同站址、不同反射特性和不同探测窗口下目标光学散射特性计算结果,结果表明,目标光学散射特性计算结果合理。给出了全套计算公式、计算参数和计算结果,对空间目标光学散射特性计算、目标图像识别等研究提供了参考。
  • 图  1  空间目标光学散射特性计算流程图

    Figure  1.  Flowchart for calculating optical scattering characteristics of space targets

    图  2  球体OCS理论值与计算值曲线图

    Figure  2.  Comparison of theoretical and simulated OCS values for a sphere

    图  3  圆柱体OCS理论值与计算值

    Figure  3.  Comparison of theoretical and simulated OCS values for a cylinder

    图  4  卫星简化模型

    Figure  4.  Simplified satellite model

    图  5  卫星轨道及站址

    Figure  5.  Satellite orbit and station site

    图  6  黑河站目标光学散射特性计算结果

    Figure  6.  Calculation results of optical scattering characteristics of targets at Heihe station

    图  7  佳木斯站和长春站目标光学散射特性计算结果

    Figure  7.  Calculation results of optical scattering characteristics of targets at Jiamusi station and Changchun station

    表  2  轨道参数

    Table  2.   Parameters of satellite orbit

    a/km e $ \omega $/(°) I/(°) $ {\mathit{\Omega}} $/(°) M/(°)
    7237.394 0.001555 187.7263 98.7169 85.7864 172.364
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    表  3  探测器参数

    Table  3.   Parameters of detector

    central wavelength/μm spectral width/m QE sampling period/s aperture/m FFOV/(°) PFA
    550 20 0.8 0.01 1 0.133 0.01
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    表  1  站址信息

    Table  1.   Parameters of station

    station longitude/(°) latitude/(°) altitude/m
    Heihe 100.14 38.01 1143.0
    Changchun 125.26 43.47 1143.0
    Jiamusi 130.78 46.50 1143.0
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    表  4  目标表面材质BRDF参数

    Table  4.   BRDF parameters of target surface materials

    material $ {K_{\mathrm{d}}} $ $ {K_{\mathrm{s}}} $ $ {A_0} $ $ {A_1} $ B
    silver film 0.2873 291.8351 4053.5 1.3118 0.7435
    white paint 0.2512 2.8358 897.9647 2.7264 2.4693
    GaAs 0.0428 23.0067 2122.5 2.1124 4.8569
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    表  5  窗口信息

    Table  5.   Window information

    station start time end time overhead time maximum elevation/(°)
    Heihe 10:38:18 10:45:00 10:41:39 41.2860
    Changchun 18:41:55 18:48:57 18:45:26 44.9339
    Jiamusi 18:41:56 18:45:52 18:49:48 74.7703
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-05-15
  • 修回日期:  2025-07-21
  • 录用日期:  2025-07-21
  • 网络出版日期:  2025-07-29

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