【空间目标光照度研究现状的文献综述2500字】

空间目标光照度研究现状的文献综述空间目标探测的技术手段主要有光电探测和雷达。其优缺点对比如表1.x所示。表1.x光电探测与雷达对比技术手段工作时长探测距离探测精度主动/被动探测成本雷达全天候低轨低主动高光电探测易受天气影响中高轨高被动低可以看到，相较于雷达，光电探测在探测精度和探测距离方面具有一定的优势。光电探测方式是对空间目标光谱辐射特征的探测，主要是对目标的红外和可见光光谱辐射特征进行探测。由于空间目标的温度较低，多在180~360K之间，由维恩位移定律可知：其自身辐射在可见光波段非常微弱，可忽略不计，因此空间目标可见光辐射特性主要是指目标反射的可见光。对卫星等空间目标的光照度研究多以表面材料的不同建立目标的光谱特性模型，进而计算目标的光照度。关于卫星表面材料的光学散射特性，主要有两类研究方式：一是将表面材料视为漫反射朗伯面，用漫反射率来表征；二是利用BRDF来表征。前一种相对简单，但与实际情况相差较大；后一种虽然比较复杂，但可以精确反映材料与目标的散射特性。BRDF的概念由美国学者Nicodemus最早于1970年正式提出，比较经典的BRDF模型主要有MaxwellBeard模型[38]、Torrance-Sparrow模型[39]、Phong模型[40]。国内也有不少学者对目标的可见光辐射特性进行了研究。吴振森等利用电磁学和粗糙面散射理论，对简单几何外形的空间目标的可见光散射进行了计算[41]。陈荣利等对非自发光空间目标的可见光探测技术进行了研究，误差在0.5个星等左右[42]。张伟等利用BRDF对天基空间目标可见光特性进行了建模[43]。刘云猛等人将空间目标近似看作为理想的全漫射体，结合轨道参数分析了空间目标可见光特性[44]。谭碧涛等则是采用光线追踪法和调制传递函数，建立了一种光电系统对空间目标成像的模型[45]。卫星的红外辐射特性由两部分组成，反射环境的辐射和自身辐射。自身辐射由卫星自身表面的发射率和卫星表面温度决定，反射的环境辐射由卫星表面的反射率和环境辐射决定[46]。卫星沿轨道飞行时，要周期性地经历日照区和地球阴影区，被周期性地加热和冷却，因此卫星的温度也随之周期性地变化，这将影响卫星的红外辐射特性。此外卫星正常运行时，其内部的仪器设备将产生一定的热量，而当卫星失效时，内部设备将不再散热，因此卫星温度变化将不同，从而影响到卫星的红外辐射特性。目前，目标红外辐射特性研究主要有辐射测量试验和仿真计算两种手段。获取空间目标的真实辐射特性的方法是测量试验，其原理是利用经过已经标定过的红外测量系统对目标的红外辐射特性进行测量[47]。国外在空间目标红外辐射特性测量研究上已经有几十年的历史。在测量空间目标红外辐射特性方面，美国毛依岛的地基光学观测站目前具有最高的精度[48]。该观测站配有3.67m的望远镜，可在长波红外波段进行成像与辐射测量。国际红外天文网站也建立了几个权威的红外星数据库，包括IRASD-LRS，WISE等[49-51]，这些数据库中的星体红外辐射值大多利用天基系统测量，可以避免地球大气的影响。国内对空间目标红外辐射特性测量的研究还非常有限，目前对此研究比较多单位的是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，其中王国强等人利用比色测温原理推导出了空间目标温度测量数学模型[52]，温度分辨力可达7K。杨词银等人[53]近些年对空间目标红外辐射测量的研究，使得辐射定标精度在7%以内，目标辐射测量精度在20%左右。刘莹奇[54]建立的辐射度测量数学模型实现了对空间目标的红外辐射特性的高精度测量，不确定度低于15%。2005年，中国科学院上海技术物理研究所的陈杜等人系统介绍了空间目标红外辐射谱的测量技术，研究了主要实施方案以及背景辐射、大气影响的消除[55]。而在仿真计算方面，目前的研究方法主要有两大类。一类是计算空间目标的温度场，再根据开普勒定律计算出空间目标的辐射特性。第二类是利用BRDF函数计算。国外在温度分布计算方面的研究较为成熟，已经开发出许多成熟的商业软件，如美国航天局开发的SINDA，TRASYS软件，欧洲宇航局开发的ESATAN软件。国内方面在计算温度场方面也有许多研究。2005年韩玉阁等根据卫星与地球、太阳之间的位置关系，计算了太阳直接辐射角系数，利用随机模拟法计算了地球反照和地球红外辐射角系数，建立了卫星温度控制方程，并利用辐射传递系数的概念和蒙特卡洛方法进行辐射换热的计算，对卫星温度场进行了求解，讨论了卫星红外辐射特征的计算方法[56]。2006年舒锐等以卫星为对象，研究了其红外辐射特性形成的机理，仿真计算出目标在探测面上所形成的红外光谱特性曲线[57]。2010年张志勇等人利用数值计算的方法，建立了空间目标表面温度场的分布模型[58]。2011年丁少华等人利用STK软件的输出数据，分析并仿真了不同轨道倾角和高度卫星的表面温度特性[59]。2012年孙成明等人利用双向反射分布函数建立了空间目标红外光谱特性与成像特性的数学模型，并给出了目标在探测器入瞳处及像面上的能量分布计算公式[60]。参考文献[1]GeraldC.Holst.光电成像系统性能[M].第4版.阎吉祥俞信解天宝，等译.北京：国防工业出版社，2015.[2]付强，史广维，张新.红外点目标作用距离数学建模与评估[J].红外与激光工程,2013,42(08):1991-1996.[3]李冬宁.空间目标光度测量方法研究[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),2015.[4]吴大连.人造卫星与空间碎片的轨道和探测[M].中国科学技术出版社:北京,2012:1.[5]徐映霞.2015年全球航天器发射统计分析[J].国际太空,2016(02):2-8.[6]徐映霞.2016年全球航天器发射统计与分析[J].国际太空,2017(02):2-7.[7]付郁.2017年全球航天器发射统计与分析[J].国际太空,2018(02):4-8.[8]付郁.2018年全球航天器发射统计与分析[J].国际太空,2019(02):12-20.[9]付郁,刘思萌.2019年全球航天器发射统计与分析[J].国际太空,2020(02):11-15.[10][11]祁先锋,郑娟.空间碎片观测技术研究[J].空间电子技术,2006(S1):5-8+42.[12]KervinPW,AfricanoJL,SydneyPF,etal.Smallsatellitecharacterizationtechnologiesappliedtoorbitaldebris[J].AdvancesinSpaceResearch,2005,35(7):1214-1225.

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