地气光辐射对空间目标成像特性影响分析

为分析地气光辐射对空间目标成像特性的影响,以地球同步轨道(GEO)卫星搭载的可见光成像器为探测平台,利用卫星工具包(STK)设计高椭圆轨道(HEO)及近地轨道(LEO)目标运动场景,根据空间目标、地球、太阳、探测平台之间的位置关系,采用微元法建立空间目标与地气光背景等效星等模型,推导出空间目标信噪比(SNR)计算公式。分析了距离、角度参数变化对不同轨道空间目标、地气光背景等效星等及空间目标信噪比的影响。仿真结果表明:当探测平台距离空间目标较远时,地气光背景等效星等低于空间目标等效星等,地气光辐射比空间目标信号强。当地气光辐射进入和离开空间目标探测视场时,空间目标信噪比最大,该时间段是进行空间目标探测的最佳“观测窗口”。仿真得出的空间目标信噪比值为空间目标探测识别提供了理论计算依据。      

H波段折反式星敏感器光学系统设计

面向短波红外星敏感器在机载平台、弹载平台以及舰载平台的应用需求,设计了H波段折反式星敏感器光学系统。该折反式镜头总长为232mm、焦距为704.3mm、全视场为2°、F数为3.9、探测极限星等为6。结果表明：调制传递函数值接近衍射极限,在奈奎斯特采样频率处大于0.5;各视场径向能量趋于一致,弥散斑可覆盖2~3像元;相对畸变小于0.1%,满足指标要求。本文可为近地空间短波红外星敏感器的工程应用提供理论基础与技术支持。     

星敏感器用仪器星等的确定

仪器星等对正确评估星敏感器的灵敏度、捕获概率以及建立导航星表都有重要的意义。理论推导了色指数与接受器和恒星辐射之间的关系,证明星敏感器仪器星等可以由波段星等线性拟合得出,在此基础上由蓝光和可见光波段星等拟合计算了星敏感器的仪器星等,并与实测计算数据做了对比,结果表明用色指数计算仪器星等是可行的。更进一步对误差产生的原因也作了分析探讨,结合最近天文学的研究成果,提出了改进方法,从而使获得的拟合仪器星等与通过13波段观星数据计算得出的仪器星等的标准差不超过0.1个星等,满足当前星敏感器的要求。     

星图仪设计中的若干天文问题

一、前言 星敏感器是敏感卫星姿态的精密仪器,它分为两大类:(1)星跟踪器,(2)星图仪,星图仪通常用于自旋卫星,由于卫星的自旋运动,星图仪在空间扫出一条环带,探测在环带内超过一定星等的恒星,测定恒星通过视场的时刻,地面设备将遥测到的星图仪信息进行分析、比较,就能确定卫星的姿态。 卫星上安装星图仪除了可以确定不同时刻的卫星姿态之外,同时还可以用来确定宇宙X射线源和太阳X射线源的方位。     

临近空间太阳紫外辐射环境模拟与地区差异

太阳紫外辐射是临近空间能量输入的主要来源之一,对其在中层大气的辐射特性进行研究,是研究临近空间大气成分与密度变化、光化学反应以及动力学过程的重要基础。依托“鸿鹄”临近空间探测专项计划,利用MODTRAN5辐射传输模型及卫星实测数据,模拟并对比中国11个主要地形区上空临近空间（20~50 km）紫外辐射（200~400 nm）垂直分布和季节演变的异同,计算了臭氧含量、太阳天顶角和日地距离等关键因素对辐射强度的影响。结果表明,各地形区的辐射流量垂直分布廓线和年较差垂直分布廓线较为一致,在地理位置上毗邻的地区辐射特性及季节演变较为接近,但在太阳紫外的不同波段之间区别较大。研究成果为临近空间探测实验提供了数据支撑,为大气反演等相关领域提供参考。      

中俄联合火星电离层星-星掩星探测

中俄联合火星星-星掩星探测是人类首次在火星空间环境进行此类的联合试验。用于探测火星电离层的星-星掩星技术较以前星地间的探测技术相比,有可接收高信噪比信号,反演精度高,可探测火星上太阳天顶角大于43°,或者小于138°的区域电离层等优点。本文介绍了中俄联合火星星-星掩星探测方案、基本原理,给出了主要技术指标、地面模拟测试结果。     

一种星图识别的星体图像高精度内插算法

介绍了一种从星敏感器成像中高精度提取恒星位置和星等的方法.这种方法把星光成像看成是高斯点扩散函数模型,利用线性内插和最小二乘法方法,拟合得到高斯曲面参数.从高斯曲面模型中得到亚像素级的恒星位置和恒星星等.理论研究表明,曲面拟合法提取的星体位置精度高于传统的质心法.由于直接进行高斯曲面拟合计算非常复杂,为了简化计算,利用了星体成像点附近x,y方向的非线性插值方法,分别得到不同的曲面系数.仿真结果显示,在信噪比小于0.05时,定位精度小于1/20像素,星等误差小于5%.     

高动态EMCCD星敏感器总体参数设计方法

从高动态星敏感器动态性能需求出发,分析了电子倍增型电荷耦合器件（EMCCD,electron multiplying CCD）噪声来源,推导恒星探测中EMCCD的信噪比公式.针对EMCCD总体参数设计优化问题,提出了EMCCD中电子倍增电压和致冷温度的设计方法,并应用该方法进行高动态星敏感器中EMCCD总体参数设计及仿真.仿真结果表明,角速度为10（°）/s时姿态测量精度优于30″.提出的EMCCD参数确定方法可以为高动态星敏感器设计提供参考.     

基于SiP技术的单片集成数字式太阳敏感器

设计了一种新型的数字式太阳敏感器。采用SiP（Stystem in Package）设计,将滤光片直接安装于探测器上。此设计减小了数字式太阳敏感器的体积与质量,可提高其可靠性。所设计的数字式太阳敏感器可用于深空探测卫星系统的太阳捕获和太阳定向,同时,也可作为星上其他光电敏感器的监护仪器,防止其他光学敏感器被强光损坏。最后,完成了原理样机的研制与标定,并在外场进行了太阳光斑的拍图测试。实验表明所提出方法可行,可满足火星探测、深空探测的使用需求。     

大视场红外星敏感器折反式光学系统设计

星敏感器是以恒星为探测对象的高精度空间姿态测量装置,广泛应用于卫星、航天飞机、导弹等必备的高精度姿态敏感部件。为了实现在特定环境要求下的精确应用,本文设计了可应用于近红外波长的红外光学系统。首先,根据既定的参数进行了初始结构的选型,并对马克苏托夫望远镜的形式进行了改进。然后,对设计结果进行了探测性能分析。随后对设计好的系统进行了公差分析及优化,使它能满足加工装配需求。最后,为光学系统设计了遮光罩,进行了杂散光分析。设计与分析结果表明：该探测光学系统折反射镜全表面采用球面,系统总长171.2mm,全视场14μm包围能量分布均在86%以上,0.8视场内最大畸变小于4μm。该系统视场大、结构紧凑、装调难度低、探测灵敏度高、探测范围广、温度适应性强,可在0.8～1.9μm近红外波段的宽光谱范围内进行高精度目标检测的准确检测。     

星敏感器遮光罩消光比定量测试及数据处理方法

面向星敏感器在轨工作时的杂光抑制需求,开展星敏感器遮光罩消光比定量测试及数据处理方法研究。基于高灵敏度弱光探测组件、高精度电控转台以及太阳模拟器搭建杂光集成测试平台,在电控转台步进电机的驱动下实现不同光照角度时遮光罩消光比测量数据的实时获取。根据构建的数据处理模型计算获得遮光罩的消光比,并基于A类不确定度评定方法完成消光比测量的不确定度分析。从测量结果可以看到,在光照入射天顶角达到保护角30度时,消光比测量值达到10-6量级,在光照入射天顶角为54度时,消光比测量值达到10-7量级,且多次测量数据的变化规律基本一致。测量结果表明了测量方案的合理性和可行性,可为星敏感器系统方案设计、测试与评估提供重要的技术支持。     

Longitudinal variations of the ionospheric trough position

For the first time a comprehensive pattern of the longitudinal effect of the ionospheric trough position was obtained. We present new results with longitudinal variations of the winter trough position as a function of geomagnetic latitude for both hemispheres and conditions of high and low solar activity and all local time hours. We used a large observational data set obtained onboard the Kosmos-900, Interkosmos-19 and CHAMP satellites for quiet geomagnetic conditions. We found that a magnitude of the trough position longitudinal effect averaged for a fixed local time is greater in the daytime (6–8°) than in the nighttime (3–5°). The longitudinal effect magnitude reaches its maximum (16°) in the morning (at 08 LT) in the Southern hemisphere at high solar activity. But on certain days at any solar activity the longitudinal effect magnitude can reach 9–10° even at night. The shape of the longitudinal effect was found to differ significantly in two hemispheres. In the Northern hemisphere the trough is usually closest to the pole in the eastern (American) longitudinal sector, and in the Southern hemisphere the trough is closest in the western (Eurasian) longitudinal sector. The magnitude and shape of the longitudinal effect is also different during low and high solar activity. The Global Self-consistent Model of the Thermosphere, Ionosphere, and Protonosphere (GSM TIP) simulations demonstrate that during low solar activity, the longitudinal variations of the daytime trough position is mainly determined by longitudinal variations of the ionization function, formed due to the longitudinal variations in the solar zenith angle and the atomic oxygen density distribution. The longitudinal variations of the nighttime trough position is formed by the longitudinal variations in ionization of precipitating auroral particles, neutral atmosphere composition, and electric field.     

Determination of Angular Distribution Models for Indian desert scene: Comparison with other desert models

In this paper, the shortwave and longwave anisotropy for clear sky Indian desert scene has been estimated using long-term surface data, radiative transfer calculations and Helmholtz reciprocity for missing values. This study is important in the perspective of the low inclination satellites like Megha–Tropiques (MT) mission, carrying Scanner for Radiation Budget (ScaRaB) payload, which will provide broadband radiative fluxes at the top of the atmosphere (TOA). Due to low inclination angle, the angular models for clear sky land scenes for the MT-ScaRaB orbits will be dominated by desert points.The Angular Distribution Models (ADMs) determined in this study were compared with existing desert models. It is observed that for longwave radiation, the largest disagreement is observed for higher values of viewing zenith angle, especially for the summer season, where the difference in flux can reach up to 13 W/m². For the shortwave radiation, higher values of both solar zenith angle and viewing zenith angle cause largest incongruity in the computed albedo from the different models, suggesting the need of caution in interpretation of the flux computations from these bins. In fact at the higher solar zenith angle bin, the disparity in albedo can go up to 6.4%.     

低纬100—200km间电子数密度的变化

利用光化平衡模式计算了低纬100—200km间白天电子数密度的变化。求得E-F₁谷区的谷深,谷宽、谷高的变化特征。获得如下结果:a.太阳活动明显影响电子数密度随高度及太阳天顶角的变化,发现太阳活动指数与电子数密度间不仅存在正相关,而且存在负相关;b.太阳活动明显影响E-F₁谷区的形态。在一定太阳活动条件下,对同一太阳赤纬和地理纬度,谷深、谷宽与太阳天顶角的关系难以用一简单函数来表示;c.太阳耀斑、地磁活动对该区电子密度有明显影响;d.在讨论100—200km间电子密度时不能忽略O+（2P）和NO的光电离率。      

Comparison between d- and lower e-region electron density profiles and IRI-79

The D and E-region electron density profiles obtained by different techniques are compared with the IRI-79 model to see how they fit. The rocket data showed good agreement. However discrepancies between the observed and model values were found especially for solar zenith angle greater than 50 degrees.     

日照边缘区域电离层对耀斑的响应特点研究

利用MSIS模型和背景太阳辐射谱模型,在一定大耀斑辐射谱假设的前提下,计算了耀斑期间日照边缘区域的电子产生率,分析了这一区域电离层电子密度的变化特点.结果表明,大耀斑期间在日照边缘区域,甚至大于太阳天顶角90°的区域都有明显的电子产生率的增加.从不同太阳天顶角处的电子产生率剖面的形态来看,随着天顶角的增加最大电离率减少,但高度增加.计算还显示了在太阳天顶角小于90°的区域内电子产生率的垂直分布有明显的双峰结构,这种结构对应着电离层的E区和F区,但在天顶角大于90°区域,F区的电子产生率要大得多.考虑到离子和电子的复合过程,这一区域的总电子含量的增加主要产生在高F区.      

星敏感器导航星表建立

导航星表是星敏感器系统用来实现恒星星图识别和姿态确定的唯一依据,它的容量、内容、存储读取方式对于完成星敏感器功能和性能指标都极为重要．通过分析恒星在视场中的分布规律,建立起星表的完备性和冗余性与星敏感器视场内导航星的数量之间的关系,确定了导航星数量,提出了筛选导航星的原则和方法,为了实现星表的快速搜索,对导航星表的组织形式进行了详细讨论．构造一个由2510颗0～6等导航星组成的导航星表,满足了星敏感器星图识别和姿态确定的需求．     

Investigations on temperature distribution of satellite surfaces affected by solar absorptivity

Based on the Monte Carlo ray-tracing method, the network coefficients of thermal network model describing the radiation heat transfer among satellite surfaces is solved by considering the surface material optical characters. It is superiority to the conventional Gebhart’s method in view of the grey body and the diffuse reflection assumptions. The zone leveling method is used to discrete the governing equations and the solar absorpivity is separated and considered to be an important correction parameter. Effects of the solar incidence round angle, the zenith angle and the ratio of absorpivity to emissivity (RAE) on temperature distribution are numerically simulated and discussed in detail. The higher or the lower the RAE may be lead to the alternative heating and cooling tend with a larger heating or cooling velocity of main body surfaces than the solar array surfaces. Furthermore, maximum temperature of main body is almost larger than solar arrays. Under the same RAE, solar incidence angle make a great effect on the uniform character of temperature distribution.