基于TracePro的空间目标光学散射特性建模与仿真EI北大核心CSCD

为给空间目标光学探测与识别提供数据支持,建立了基于TracePro的空间目标光学散射特性计算模型.以空间目标天基红外系统为例,综合考虑目标的结构特性、材料特性、背景特性及轨道特性,通过TracePro中建立几何模型、设定材质、设定光源、计算光线路径等环节,对目标光学散射特性进行仿真分析.结果表明,目标的光谱辐照度曲线与太阳一致.镜反射时,目标的等效光谱反射率曲线与砷化镓电池片一致,随着目标旋转,目标的等效光谱反射率曲线趋向于与包覆材料一致,而后保持不变.为空间目标光学散射特性研究思路提供了借鉴.     

在轨空间目标光学特性宏观表征模型的反演重构

为了在天基远距离条件下反演三轴稳定空间目标表面的光学特性参数,提出了基于可见光时序光度信号分析的光学特性宏观表征模型的反演重构方法.首先,综合考虑空间目标的结构特性、表面材料特性、帆板的对日指向运动特性、光照观测几何以及光学系统特性,完善了面向在轨观测的空间目标可见光时序光度建模方法;其次,将光度模型等效为双面模型,并利用双向反射分布函数(BRDF)的多级融合模型表征复杂材料表面的光学反射特性,将BRDF对应的面积反射率乘积作为待反演参数;最后,以时序光度信号的测量值与模型值之间的差异最小为优化目标,建立线性优化方法,实现模型参数的反演.仿真实验表明,提出的模型在轨重构方法对于近轨观测条件下的本体、帆板信号的重构精度达到97%以上,验证了方法的正确性.     

基于高次余弦散射分布的空间卫星可见光特性

基于几何光学和辐射理论,研究了空间卫星的可见光散射特性.空间卫星的背景辐射主要包括太阳的直接辐射和地球及大气的散射辐射,根据目标的结构特性与背景特性建立了空间卫星的几何模型和光照模型.分析目标表面状况,入射到目标表面的光线近似服从高次余弦散射分布,根据能量守恒定理及表面材料的高次余弦散射分布特性建立了目标散射特性的数学模型.通过矢量坐标变换确定太阳、地球、观测卫星在目标本体坐标系下的相对位置关系.根据给定的几何尺寸和表面物性参量仿真获得了目标在探测器入瞳处的能量分布及星等特征,目标本体与太阳帆板在探测器入瞳处的辐照度最大量级均为10-12 W/m2.仿真结果表明太阳帆板在目标特性分析时不可忽略,为空间目标的可见光探测提供参考数据.     

空间目标可见光散射特性建模方法研究

针对空间目标的可见光散射特性提出一种建模方法.在分析空间目标所处的背景辐射环境基础上建立了空间目标背景辐射物理模型.对目标表面进行面元划分后,基于辐射理论引入双向反射分布函数模型来描述目标表面面元的光散射特性,将目标各个表面所有面元散射分量叠加建立了目标可见光散射特性的数学模型.建立目标本体坐标系,通过坐标变换确定目标、背景辐射源与探测器的相对位置关系,利用矢量坐标法确定目标对观测系统的“可视表面”.根据给定的目标几何结构尺寸和物性参量仿真获得了目标在轨光学特性.计算结果验证了建模的有效性.     

双向反射分布函数在空间目标可见光反射特性建模中的应用

针对空间目标可见光反射特性提出了一种建模方法.双向反射分布函数(BRDF)可以有效地 描述目标表面材料的空间反射特性和光谱特性.根据目标表面状况及背景辐射环境,选取合 适的双向反射分布函数模型,利用辐射理论在可见光波段建立了空间目标反射特性的数学模 型.基于轨道参数进行了仿真计算.计算结果表明太阳帆板与卫星主体相比,其在探测器入 瞳处的辐照度只小一个数量级,在目标光学特性分析时不可忽略.而且,空间目标反射特性 不仅与太阳、地球和目标三者之间的实时位置有关,还与其几何形状、表面材料等有关.仿真分析结果验证了建模的正确性.     

近程光学导航空间目标特性计算模型校验方法

为了提高空间目标光学特性的计算精度,提出并实现了一种基于缩比模型实验的空间目标光学特性计算模型参数校验方法。首先,分析影响空间目标光学特性的主要因素,确定计算模型参数校验的总体方案;其次,构建空间目标光学特性实验测量系统,采集两类实验被测对象(表面材料与目标缩比模型)在不同条件下的光学特性数据;最后,建立基于实验测量数据的计算模型参数校验算法,对空间目标表面材料与几何结构的光学特性计算模型参数进行分步校验。实验结果表明,校模后的目标特性计算结果与实验结果在统计意义上趋近一致,该计算模型的校验方法可满足近程光学导航实际工程应用的要求。     

空间目标表面材料反射率的测量北大核心

介绍了双向反射分布函数测量空间目标表面材料热特参数的原理和方法,搭建了双向反射分布函数光谱特性和激光散射特性测量平台,对空间目标的几种典型热控涂层反射率进行了测量。测量结果表明,在入射角为0°时,SR107白漆涂层的反射率为0.785;OSR,F46和聚酰亚胺薄膜对532 nm激光的反射率均大于90%。     

复杂目标光学散射截面数值仿真方法

研究复杂目标的几何建模、光学面元消隐和目标表面的光学散射特性.针对任意构型的目标,提出采用均匀光照明仿真图像进行光学散射截面（OCS）数值计算方法.通过自适应Z缓存方法,实现目标光学消隐面的计算,将这部分消隐面面积从目标OCS的数值积分中去除.研究近似镜面材料的空间模板褶皱表面的光学散射数值模拟方法,以及基于激光主动探测系统实验测量数据的目标OCS实验分析方法.根据某缩比例空间目标相对探测系统不同方位、俯仰角情况的OCS实验结果,校正OCS数值仿真参数.仿真结果与实验结果的图像比较和OCS曲线趋势大略一致,考虑到表面褶皱的随机性、姿态的测量误差和仿真模型有限的校准能力等因素,本文提出的数值仿真方法能够在一定程度上描述目标的OCS值.     

复杂目标光学散射截面数值仿真方法（英文）

研究复杂目标的几何建模、光学面元消隐和目标表面的光学散射特性.针对任意构型的目标,提出采用均匀光照明仿真图像进行光学散射截面(OCS)数值计算方法.通过自适应Z缓存方法,实现目标光学消隐面的计算,将这部分消隐面面积从目标OCS的数值积分中去除.研究近似镜面材料的空间模板褶皱表面的光学散射数值模拟方法,以及基于激光主动探测系统实验测量数据的目标OCS实验分析方法.根据某缩比例空间目标相对探测系统不同方位、俯仰角情况的OCS实验结果,校正OCS数值仿真参数.仿真结果与实验结果的图像比较和OCS曲线趋势大略一致,考虑到表面褶皱的随机性、姿态的测量误差和仿真模型有限的校准能力等因素,本文提出的数值仿真方法能够在一定程度上描述目标的OCS值.     

空间目标可见光散射特性与可视条件研究

采用椭偏法和总体积分散射法分别测量和计算了空间目标包层材料和太阳能板的材料参数,以及相应的双向反射分布函数。并根据此参数对空间简单体目标可见光谱散射特性进行了理论计算和实验校模。结合目标的几何建模和轨道理论,利用Modtran大气传输模型计算了不同时刻的背景辐射,以及在不同地面观测站观测时空间目标的亮度变化以及背景辐射的影响,并分析了目标的可视条件。计算表明,清晨或傍晚,背景辐射小于空间目标的散射,是观测的最佳时段。     

基于双向反射分布函数的空间卫星紫外动态特性研究

根据目标所处的背景辐射环境,对空间卫星的紫外散射特性进行建模方法研究。依据目标表面材料属性与表面状况对目标表面进行区域分解与网格划分。基于辐射理论引入双向反射分布函数模型来描述目标表面网格单元的光散射特性,将目标各个表面所有网格单元散射分量叠加建立了目标紫外散射特性的数学模型。利用给定的目标几何结构尺寸和物性参数仿真获得了目标在轨动态光学特性。在某一观测角度下太阳帆板在探测光学系统入瞳产生的辐照度值与卫星本体接近,最大量级为10-11W/m2。仿真结果表明太阳帆板在目标特性分析时不可忽略。     

基于光谱的天基空间点目标特征提取与识别

天基空间目标观测时, 对于远距离目标, 通常只能得到一个点的相关信息, 包括目标的位置和灰度等, 损失了目标的材料、大小和状态等特征. 代表物体固有属性差异的光谱特性可作为目标特征提取与识别的一种重要手段. 从目标光谱特性的产生特点出发, 综合考虑目标的材料特性、结构特性、背景特性、轨道特性等因素, 建立了目标光谱特性的数学模型, 提出了基于光谱特性数学模型反演计算的目标特征提取与识别方法, 以环境一号卫星缩比模型为例, 进行了典型参数条件下的目标特征提取与识别实验验证, 实验结果验证了建模方法的正确性.     

考虑棱边散射的半空间复杂导体目标高频分析方法

研究了半空间内复杂导体目标棱边散射的高频求解方法.分析半空间电磁波的传播规律和复杂目标棱边的电磁散射特性,将半空间并矢格林函数引入等效电磁流方法中,给出了基于等效电磁流法和物理绕射理论的半空间棱边散射场计算式,同时结合图形电磁学,对半空间复杂目标进行消隐处理,判断目标的棱边像素及获得棱边参数,与半空间目标的面元散射场相叠加,快速有效地计算了半空间复杂目标的雷达散射截面.数值结果证明了方法的有效性和准确性. 关键词： 半空间等效电磁流方法 半空间并矢格林函数 图形电磁学 雷达散射截面     

空间目标的可见光散射与红外辐射

利用Lowtran7大气传输模型计算0.4～0.8μm可见光波段的太阳辐射、大气自身的热辐射以及天地背景辐射.依据粗糙面光散射理论与双向反射分布函数计算空中目标表面对太阳辐射和云层对阳光反射的散射.利用传热学和背景辐射理论,根据能量守恒定律建立空间目标表面温度的热平衡方程.以气球为例,计算不同表面涂层材料的气球,在不同地理位置、不同高度和不同时间条件下,其温度及辐射功率的变化.分析空间目标红外辐射特性的一般规律和特征.     

空间目标红外辐射特性研究

利用目标的红外光谱特性进行目标探测和识别是一种有效的方法。以空间卫星为目标,研究了其红外辐射特性形成的机理;利用所建立的数学模型,仿真了空间目标在探测面上所形成的红外光谱特性曲线;分析了模型中各参数对目标光谱特性的影响程度和卫星目标的红外光谱曲线。     

北京市区绿色空间滞尘分布反演研究

北京市作为中国政治中心和京津冀特大型城市,近40年来城市化进程迅速,大气颗粒物和尘埃粒子污染问题较为突出,发挥绿色空间滞尘功能具有重要现实意义。将高光谱技术与遥感技术相结合,反演了市域尺度绿色空间滞尘分布。以北京市区绿色空间常见植被大叶黄杨(Euonymus japonicus)为研究对象,通过室外采样与室内试验获取叶片样本的滞尘量、光谱反射率和叶面积等数据,比较叶片滞尘前后的原始光谱曲线和反射率一阶导数特征,分析不同滞尘量对光谱反射率的影响,探究对叶片滞尘量高度敏感的波段。利用光谱响应函数将地面采集的窄波段光谱反射率数据分别转化遥感卫星的宽波段光谱反射率数据,建立对应卫星波段植被指数比值与滞尘量的回归模型,选取拟合效果最好的回归模型作为滞尘反演模型。结合GF-2影像所提取北京市区绿色空间范围,采用滞尘反演模型获取北京市区绿色空间滞尘分布。进而插值得到北京市区尘埃污染分布,采用空间自相关模型检验其空间聚集特性。结果表明：740～1 870 nm波段,滞尘后光谱反射率明显低于滞尘前反射率,滞尘对红边、黄边、蓝边位置没有明显影响,对“红边幅值”和“红边面积”影响较明显,利用Sentinel...     

粗糙目标样片光谱双向反射分布函数的实验测量及其建模

实验测量了紫红色和白色涂漆板在400～780 nm内的光谱双向反射分布函数(光谱BRDF),分析了光谱双向反射分布函数随波长及散射角的变化趋势与目标样片光学特性的关系.应用改进的粒子群算法,结合双向反射分布函数五参量模型,获得了测量光谱范围内各波长(间隔1 nm)对应的共381组五参量值.利用五参量模型计算了目标样片的光谱双向反射分布函数及其方向半球反射率(DHR),并与实验测量数据相比较,两者吻合良好,表明目标光谱双向反射分布函数建模方法与结果的可行性和可靠性.目标样片的光谱双向反射分布函数可以用来研究目标的光谱散射特性,对目标的探测、跟踪、识别和特征提取等具有重要的应用价值.     

退火对电子束热蒸发193nm Al2O3/MgF2反射膜性能的影响

设计并镀制了193nm Al2O3/MgF2反射膜,对它们在空气中分别进行了250-400℃的高温退火,测量了样品的透射率光谱曲线和绝对反射率光谱曲线.发现样品在高反射区的总的光学损耗随退火温度的升高而下降,而后趋于饱和.采用总积分散射的方法对样品在不同退火温度下的散射损耗进行了分析,发现随着退火温度的升高散射损耗有所增加.因此,总的光学损耗的下降是由于吸收损耗而不是散射损耗起主导作用.对Al2O3材料的单层膜进行了同等条件的退火处理,由它们光学性能的变化推导出它们的折射率和消光系数的变化,从而解释了相应的多层膜光学性能变化的原因.反射膜的反射率在优化联系、镀膜工艺与退火工艺的基础上达98%以上.     

含颗粒涂层的等效光学常数

提出了一种计算含颗粒涂层的等效光学常数新方法.仔细地考虑了球状、柱状和片状颗粒对光的吸收和散射，得到了这种涂层的表观反射率，将这个反射率等效于一个均匀涂层的反射率，从而得到了含颗粒涂层的等效光学常数. 关键词：     

基于粗糙样片光谱BRDF的空间目标可见光散射研究

实验测量了某种卫星包覆材料和太阳能电池板样片在可见光波段(400~780 nm)的光谱双向反射分布函数.将样片的光谱双向反射分布函数对可见光波段内的太阳谱辐射照度加权平均,获得了可见光入射时目标样片表面的平均双向反射分布函数,并利用遗传算法建立了其参量化统计模型.应用此模型,结合目标的几何建模、消隐,计算了可见光入射时某卫星散射光强度的空间分布,并分析了其与卫星的几何形状、表面材料等的关系.