空间飞行器红外光学信号的模拟

卫星等空间飞行器的红外信号由对外部光源的反射和自身的红外辐射构成。在按照基本的物理原理进行建模的过程中,首先通过求解卫星的运动方程得到卫星的空间位置和速度矢量,进行卫星、太阳和地球的位置关系判断,计算到达卫星表面上的外部辐射热流。然后,进行卫星的热分析计算得到卫星表面的温度分布。接着,利用双向反射分布函数（BRDF）模型对卫星的反射和辐射特性进行建模,得到在红外波段下卫星的光学信号。最后,通过对仿真结果的分析,讨论了卫星红外光学信号的变化规律。



     

热控涂层参数对卫星辐射特性的影响

为分析卫星红外和可见光双光谱辐射特性,分别建立了采用节点网络法求解卫星表面热控涂层温度和卫星辐射特性的计算模型,依据粗糙表面光散射理论计算了涂层表面对太阳、地球和地球反照辐射的吸收和反射。通过数值模拟,计算分析了卫星对地面的温度变化规律。最后,选择不同的热控涂层参数,获得了对卫星在红外和可见光波段的辐射特征的影响。     

一种提高红外透射光学系统热分析精度的方法

工程计算中通常将常温物体在红外谱段的辐射简化为灰体辐射,即物体的单色吸收比与波长无关。针对谱段选择性较强的红外透射式光学系统,这一假设会对热分析精度造成一定影响,甚至可能影响最终的成像品质。文章提出一种红外透镜材料光学辐射特性的等效计算方法,考虑材料对不同波长辐射选择性的吸收、反射与透过,并根据在轨地球红外辐射、地球反射太阳辐射、载荷内环境辐射特性,等效出用于热分析计算的透镜红外吸收比、反射比与透过比。应用该方法通过IDEAS-TMG软件对某空间红外载荷进行仿真验证,精确计算出红外透镜温度。     

中段目标红外特征分析与仿真

分析中段目标的热辐射环境,提出一种利用节点网络法计算中段自旋目标表面温度分布和变化规律的算法,并根据热辐射的相关定律提出计算对应温度下目标表面红外辐射亮度分布和变化规律的算法,最后以典型的锥形目标为例进行红外辐射特征的仿真计算。     

美国STSS卫星有效载荷主要指标探讨

根据目标光学特性、大气吸收特性及地球背景辐射特性,推测了美空间跟踪与监视系统（STSS）卫星助推段捕获相机和中段跟踪相机的波段选择。根据卫星轨道及目标运动特性,推测相机探测距离和视场。以推测结果为输入条件计算星座覆盖率,结果验证了推测的合理性。     

红外光脉冲照射对目标红外特性调制的研究

针对目标的探测、识别以及目标红外特征的模拟,提出采用人工红外光源脉冲照射目标的方法。以目标红外辐射特性形成的机理为依据,建立人工红外光源脉冲照射目标的物理模型;确定氙灯为红外光源,建立了目标红外辐射的计算模型,并对红外光脉冲照射时目标的红外特性进行了仿真计算与分析。结果表明:人工红外光脉冲照射可以对目标红外特性进行调制,在相同条件下,光源照射功率越大,照射距离越近,调制的效果越好;垂直照射比平行照射效果好。     

空间特定目标表面的双波段红外辐射特性调控方法

红外诱饵等空间特定目标是对抗红外探测的主要手段之一。随着双色制导技术的发展,红外探测灵敏度不断提升,目标识别能力不断增强,这对空间特定目标表面的双波段红外辐射的逼真性提出了要求。通过改变空间特定目标表面发射率控制其红外辐射强度的大小,使用数值仿真的方法进行计算,从而提出了对空间特定目标表面红外辐射特性的调控方法。此外根据所确定的表面发射率、可见光吸收及红外发射比例以及内热源功率,选择合适的表面材料以及热功率施加方法,在保证空间特定目标表面机械性能的同时,使空间特定目标满足光照及阴影区的双波段红外辐射特性要求,并进行模型的制作以及热真空实验,证明了理论计算的准确性。     

近地轨道飞行器的光辐射背景环境

文章简要介绍了在可见光和红外波段深空和地球高层大气的光辐射源和辐射特性,包括辐射机制和强度、辐射的各向异性等,通过比较表明空间红外波段的背景辐射明显高出可见光波段近1个数量级;分析了在地球大气外进行对地观测时大气辉光辐射的角分布,指出了辐射的临边增亮特性。以上研究对于研制和开发新型航天器、利用太空资源以及未来的深空探测都具有实用价值。     

近地航天器受照角系数的矢量计算法

本文提供了一种近地航天器受照角系数的计算方法。在一定的假设条件下,近地航天器空间外热流的计算,可归结为计算三个辐射角系数。太阳直接辐照角系数、地球红外辐射角系数和地球反照的太阳辐射角系数。计算公式是采用矢量分析和坐标变换的方法推导出来的,并且用航天器的轨道和姿态参数来表示,这些参数可以是已知的或由测量获得。本文提出的方法,不仅可以用于变轨和不变轨的近地航天器的空间外热流的实时计算,而且也可以用于近地空间目标的红外辐射特性的预测。     

月球轨道目标表面月球红外辐射热流精细计算方法研究

基于月球表面对月球轨道目标表面红外辐射热流的积分计算公式,结合坐标转换和向量运算,采用离散化处理,提出了月球轨道目标表面月球红外辐射精细计算方法。采用均匀模拟法选取月面微元,分析月表红外热流的特点,考虑目标面元空间几何关系和轨道参数,该算法可获得较高的计算精度,较真实地模拟月球红外热流,且有通用性,适于任意星体、任意轨道、任意几何形状目标的星体红外辐射热流的计算。计算结果分析表明,月球红外辐射与地球红外辐射有较大的差异,热控设计时需充分考虑。     

Local Radiation Belts of the Sun (Quasi-Stationary Coronal and Heliospheric Giant Traps for Solar Cosmic Rays)

The local radiation belts of the Sun are defined as giant quasi-stationary coronal and heliospheric traps for solar cosmic rays. These traps are formed by loop magnetic fields, both solar and interplanetary. Using observational data, some experimental examples of the local radiation belts of the Sun are considered. The hypotheses on the origin of energetic particles in the outer heliosphere and on the local radiation belts of the Sun are discussed.     

卫星点波束天线的多目标指向优化研究

卫星天线波束常常需要同时覆盖特定区域内多个目标,为保证目标接收卫星信号的增益要求,需对其指向进行优化。以我国某卫星点波束天线为研究对象,将天线功率辐射模型引入卫星指向计算模型中,完成了指向目标的增益计算。运用最优化原理分析了多目标指向增益优化模型,在无约束条件下,指向增益最优点在标称三目标构成的三角形重心位置;有约束条件下,最优点在满足相应约束下偏离无约束最优点。多目标指向优化理论研究对点波束天线的高精度指向及确保目标的通信特性提供了适用的工程模型,具有极强的工程应用价值。     

Reconstruction of space weather physical parameters on 400-year scale

The main goal of this paper is to get physically informative comprehensive data about dynamics of the solar magnetic field, geomagnetic field, and interplanetary magnetic field over large time scales. The total sunspot magnetic flux, aa and IDV indices of geomagnetic activity, the IMF strength, the dipole-octopole index of the large-scale magnetic field of the Sun, and the open magnetic flux are reconstructed for 400 years. The reconstruction of the π index of the large-scale polar magnetic field of the Sun is performed for 150 years.     

Material performance under combined stresses in the hard space environment of the sunprobe helios-a

The Sun mission of the German-US-sunprobe HELIOS-A, the first man-made satellite which approaches the Sun as close as 0.3 AU, covers now more than half a sun-cycle.Therefore the long term behaviour of surface materials which usually are applied on spacecraft as aluminized Teflon, Second-Surface-Mirrors (SSM) made from fused silica and Solar Cells (SC), under extreme stresses and combined loads, shall be evaluated.Based upon the temperature readings of the house-keeping data from HELIOS, a semi-quantitative relationship between the different loads (e.g. radiation, solar wind) and the spacecraft response was established using the results of the first four orbits.From these temperatures, α(t, T)-values were calculated. The related changes of the absorptance values are interpreted in terms of degradation and contamination of the surface materials concerned. Here, not only physico-chemical considerations and models but also the results from thorough ground tests are used to describe the experienced effects by a semi-theoretical function.Taking the derived α(t, T)-values, temperatures are calculated and a long term prediction for 20 orbits is made. The predicted temperature values are compared with the housekeeping data of 15 orbits, i.e. until 1982; the deviations are explained and the validity of the chosen model discussed.     

Attitude controller design for orbital target tracking of geostationary satellite under avoidance constraint

A coordinated attitude control problem is addressed for which a geostationary satellite should maintain communication with a ground station while simultaneously tracking space objects. The coordinated attitude control discussed in this study is related to the attitude maneuvers of a tracking satellite and to the orbital motion of targets placed in orbits of lower altitudes. Modified Rodrigues parameters are employed to avoid singularities even in the presence of large attitude maneuvers. The initial attitude error is calculated based upon an arbitrary initial configuration for the target tracking, so that a sequential tracking from one to another target can be achieved easily. Additionally, avoidance maneuvers aimed at protecting sensitive onboard sensors from the Sun and the Moon are designed using the so-called navigation function. When the avoidance areas are on the transient path due to the coordinated attitude maneuver command, the maneuver is performed with no violation against the given constraint areas by adopting the navigation function.     

月面巡视探测器太阳帆板热电耦合仿真计算

文章建立了月面巡视探测器太阳帆板热电耦合计算模型,制定了太阳帆板的对日定向方案和输出电能分配方案,通过数值模拟获得了月面白昼期间太阳帆板的温度及电能输出,分析了太阳帆板背面包覆隔热材料前后及帆板是否对日定向等方案的计算结果。计算表明,当帆板不对日定向时其背面包覆隔热材料对其温度场及电能输出无明显影响,对日定向时帆板温度随时间的分布规律发生了明显改变,此时帆板背面包覆隔热材料使其温度明显上升,但帆板顶面与背面的温差减小。     

地面目标识别特征影响因素分析

地面目标可见光识别特征主要包括形状、颜色、亮度等。研究表明地面目标的可见光辐射主要是反射太阳辐射,目标与背景在可见光波段的亮度对比取决于目标与背景的反射率。大气气象条件是影响目标识别特征的主要因素。     

太阳矢量在行星际探测器姿态估计中的应用研究

在基于矢量观测的行星际探测器姿态确定中,参考矢量的几何关系是影响姿态估计精度的一个重要因素。针对这一问题,本文提出了一种利用太阳矢量来提高探测器姿态估计精度的最优算法。该方法在引入太阳矢量的基础上,将星敏感器测得的姿态四元数转化为两个互相垂直的参考矢量,并根据敏感器的测量精度计算相应的规范化权值系数;结合姿态四元数估计算法,给出最小二乘意义下的探测器最优姿态估计。最后,以深度撞击任务的实际飞行数据对本文所提算法进行验证。仿真结果表明,引入太阳矢量后的三轴姿态角估计误差小于150μrad,完全满足深度撞击任务的要求。