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空间目标地基观测红外辐射特性研究

郑鸿儒 马岩 张帅 陈亚涛

郑鸿儒, 马岩, 张帅, 陈亚涛. 空间目标地基观测红外辐射特性研究[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(6): 1424-1432. doi: 10.37188/CO.2023-0032
引用本文: 郑鸿儒, 马岩, 张帅, 陈亚涛. 空间目标地基观测红外辐射特性研究[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(6): 1424-1432. doi: 10.37188/CO.2023-0032
ZHENG Hong-ru, MA Yan, ZHANG Shuai, CHEN Ya-tao. Infrared radiation characteristics of space target based on ground-based detector[J]. Chinese Optics, 2023, 16(6): 1424-1432. doi: 10.37188/CO.2023-0032
Citation: ZHENG Hong-ru, MA Yan, ZHANG Shuai, CHEN Ya-tao. Infrared radiation characteristics of space target based on ground-based detector[J]. Chinese Optics, 2023, 16(6): 1424-1432. doi: 10.37188/CO.2023-0032

空间目标地基观测红外辐射特性研究

doi: 10.37188/CO.2023-0032
基金项目: 国家自然科学基金重大项目重点课题(No. 61890965)
详细信息
    作者简介:

    郑鸿儒(1992—),男,吉林长春人,博士,助理研究员,2020年6月于北京航空航天大学获得博士学位,2020年12月至今于北京跟踪与通信技术研究所开展博士后工作,主要从事卫星姿态与轨道控制、电推进羽流效应等方面的研究。E-mail:zhenghongru@buaa.edu.cn

    马 岩(1977—),男,山东菏泽人,研究员,2002年5月于北京跟踪与通信技术研究所获得硕士学位,自2002年5月在北京跟踪与通信技术研究所工作,主要从事空间目标特性与识别、信号处理与分析等方面的技术研究。E-mail:mayan888@sina.com

    张 帅(1992—),男,山西吕梁人,博士,助理研究员。研究方向为目标特征提取与识别、光电信息处理。E-mail:zhangshuaioec@163.com

    陈亚涛(1997—),男,河南郑州人,博士研究生,主要从事航天器及真空羽流目标辐射特性研究。E-mail:by2115137@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: O432.1

Infrared radiation characteristics of space target based on ground-based detector

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 61890965)
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  • 摘要:

    构建空间目标辐射特性对于发展空间态势感知技术具有重要意义。本文针对空间目标红外辐射特性,基于有限元方法,采用非结构四面体网格研制了仿真程序,通过矢量坐标变换,计算得到了目标各表面受到的轨道外热流,并结合表面材料和双向反射分布函数(BRDF)对目标各表面温度和红外辐射特性进行了仿真,并与文献结果进行了对比。进而考虑大气衰减和背景辐射的影响,对地基探测条件下升轨和降轨弧段的目标光谱辐射强度进行了分析。结果显示:对于三轴稳定太阳同步轨道沿飞行方向固定式帆板卫星,各表面在阳照区和地影区内温度变化范围较小;使用8~14 μm长波波段对目标进行观测的效果比3~5 μm中波波段好;辐射强度最大值在770 W/sr左右;地基红外光谱探测受大气影响较大,需要对探测波段进行优选。

     

  • 图 1  目标表面与探测器入瞳的位置关系示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of the position relationship between the target surface and the probe's entrance pupil

    图 2  仿真算例中使用的简化模型

    Figure 2.  The simplified model used in simulation

    图 3  仿真算例中的网格划分

    Figure 3.  Grid division in simulation cases

    图 4  不考虑遮挡效应时本文计算得到的轨道外热流与商用软件的结果对比

    Figure 4.  Comparison of calculation results of orbit external heat flow by proposed method and commercial software without taking into account the occulusion effect

    图 5  考虑遮挡效应时轨道外热流计算结果

    Figure 5.  Calculation results of orbit external heat flow with taking into account the occlusion effect

    图 6  各表面温度

    Figure 6.  Temperature of each surface

    图 7  3~5 μm波段红外辐射强度

    Figure 7.  Infrared radiation intensity in 3~5 μm band

    图 8  8~14 μm波段红外辐射强度

    Figure 8.  Infrared radiation intensity in 8~14 μm band

    图 9  升轨观测红外光谱辐射强度

    Figure 9.  Infrared radiation spectral intensity of ascending detection

    图 10  降轨观测红外光谱辐射强度

    Figure 10.  Infrared radiation spectral intensity of descending detection

    图 11  考虑大气影响的升轨观测红外光谱辐射强度

    Figure 11.  Infrared radiation spectral intensity of ascending detection with the atmosphere impact

    图 12  考虑大气影响的降轨观测红外光谱辐射强度

    Figure 12.  Infrared radiation spectral intensity of descending detection with the atmosphere impact

    表  1  轨道参数

    Table  1.   Orbit parameters

    时间 (UTC)半长轴 / km偏心率倾角/(°)升交点赤经 /(°)近地点幅角 /(°)真近点角 /(°)
    2000-03-21 04:00:007225.5780.0034598.757124.893102.064156.019
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    表  2  表面材料热参数

    Table  2.   Thermal parameters of surface material

    表面材料吸收率发射率
    本体聚酰亚胺0.230.62
    太阳帆板电池片0.820.81
    基板0.880.86
    下载: 导出CSV

    表  3  不同位置点处的方位角、俯仰角和距离

    Table  3.   Azimuth, elevation, and range at different positions

    序号方位角 / (°)俯仰角 / (°)距离 / km
    升轨弧段1165.920.01886.5
    2266.887.4867.0
    3344.920.01888.2
    降轨弧段440.720.01870.5
    597.038.11270.2
    6153.920.01860.6
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-02-15
  • 修回日期:  2023-03-01
  • 网络出版日期:  2023-07-19

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