【《地球绕太阳公转轨道相机小行星探测仿真分析》1500字】

地球绕太阳公转轨道相机小行星探测仿真分析本节对高危小行星进行监测仿真时，采用的可见光相机位于地球绕太阳公转轨道，部署于地球运行前方约处，相机始终指向地球质心方向。图3-2公转轨道上的小行星监测相机在进行目标光学观测前，要对相机的总视场进行描述。整个在轨运行过程中相机平面中心始终指向地球质心，当靠近地球的小行星出现在相机极限视场内并在视场内存在一定时间，且视星等小于相机光学载荷可探测的极限星等，即可认为这颗小行星存在可视性。在空间中，常用方位角和俯仰角确定视场大小：方位角定义为相机与目标之间连线在相机绕日公转轨道平面内的投影和相机视场中心的夹角；俯仰角定义为相机与目标之间连线在垂直于相机绕日公转轨道平面内的投影和相机视场中心的夹角。设观测相机总视场角为=45°，=45°，则小行星出现在相机视场内时，应满足：(3-8)(3-9)确定相机总视场后，对地球绕太阳公转轨道光学监测相机进行危地小行星监测效能分析。仿真中设置开始时间为2015年3月16日，运行时间为6年，设置好时间后，通过读取MPC数据库获取小行星的轨道数据和直径，并根据位置关系确定小行星视星等。将观测平台放置于地球绕太阳公转轨道前方处，相机视场中心始终指向地球。图3-4相机总视场根据光学相机瞬时视场与总视场关系，小行星在相机总视场内可见弧段持续时间大于一天即可确保其亮度被相机光学载荷捕捉。因此对小行星在相机总视场内的停留时长进行了仿真，结果如图3-5所示。图中横坐标为小行星编号，仿真中所用小行星数量为1971颗，纵坐标为小行星在相机总视场内持续时间。仿真结果表明，在相机设计寿命内，共有1756颗小行星出现在相机总视场内，占总数量的89.1%，且仅有两颗小行星在视场内持续时间小于1天。因此，在不考虑相机载荷物理参数时，地球公转轨道星载相机对危地小行星具有极高的可视率，与现有地基光学观测平台和其他轨道天基观测平台相比，更有部署价值。图3-5可见小行星在视场内的最大持续时间实际光学相机对小行星进行监测时，要考虑光学载荷的能够捕捉到的最高视星等，当出现在相机视场内的小行星视星等小于时，即可认为能够被监测到。因此，仿真相机不同性能指标下所能捕获到的小行星数量，便于日后光学测量系统的设计与制造。仿真相机可观测最大视星等分别为23，24，25时的观测能力，结果如图3-6所示。图3-6相机不同性能极限下对小行星的观察比例横坐标为仿真时间，纵坐标为可观测到的小行星占出现在相机总视场内小行星数量的比例。当相机视星等极限为23时，在相机寿命周期内可监测到72.1%的小行星；当相机视星等极限为24时，在相机寿命周期内可监测到84.3%的小行星；当相机视星等极限为25时，在相机寿命周期内可监测到出现在视场内的91.6%的小行星。结果表明，相机极限视星等越大，可监测到的小行星数量越多。部署监测系统时，还应考虑到不同性能极限的相机的设计难度。因此，将相机光学载荷可捕捉的最大视星等设为24，在此情况下对小行星首次进入视场且被监测到的视星等和小行星在整个可见区间内的平均视星等进行记录，结果如图3-7所示。图中横坐标为视星等范围，纵坐标为在该视星等下的小行星所占比例。结果表明，被首次观察到时小行星的视星等绝大多数处于(23,24]内；而小行星在整个可见时间内的平均视星等大多处于(22,24]内。因此，考虑到设计制造难度，将相机光学载荷可捕捉的最大视星等取为24即可取得很好的监测效果。图3-7首次被监测时的视星等和平均视星等对小行星进行定轨和轨道预测是开展小行星灾害预防任务的需求之一。可见弧段定义为小行星不间断出现在相机视场内的次数，目标在相机内可见时间越长、可见弧段越多，则对飞行物的定轨工作就更易完成REF_Ref70951460\r\h[52]。因此，对小行星的可见弧段数进行记录，小行星每次从开始被相机监测到完全消失在相机中记为一个可见弧段。如图3