基于光度与偏振信息的天基空间碎片探测方法研究

发布时间：2020-08-31 21:34

　　随着人类航天活动的逐年增加,空间碎片也逐年增多,空间碎片的存在严重影响航天活动的安全。为了确保航天器的安全运行,需要对空间碎片进行探测与跟踪,并进行定轨预报、识别编目和侦查分析等,在此基础上实施轨道机动规避,保证航天器不受碰撞。另外,为了确保空间安全,也会采用离轨、回收、烧毁等措施对已有空间碎片进行清除。故而对空间碎片的探测尤为重要。以往地基雷达观测范围有限,境外设站在地理和政治上有诸多不便;地基望远镜有大气干扰,无法全天时全天候观测。本文以空间碎片的天基探测技术立题,研究了基于光度与偏振信息的天基空间碎片探测方法。论文的主要工作如下:1.对小尺寸空间碎片探测技术进行了研究,提出了基于光度与偏振信息的天基空间碎片探测方案。当观测平台距离空间碎片较远(100km左右)时,10cm空间碎片近似于点目标,可进行光度探测,当相位角在0°到90°之间变化时,碎片所对应的等效视星等值在6.9到8.2之间;当观测距离小于20km时,点目标逐渐呈现出体目标特征,通过偏振探测通道进行成像观测,可进一步获得碎片的表面粗糙度、纹理、轮廓等几何与物理特性。2.针对尺寸约10cm(探测距离约为100km)空间碎片的光度探测及30cm(探测距离约为20km)的空间碎片的偏振成像,分别论证了光学技术指标。并对共口径双通道光学系统进行了结构选型及优化设计,进行了成像质量评价和公差分析,验证了该方案的可行性。3.对6种典型空间目标表面材料和1种卫星帆板模型(电镀深蓝色油漆)进行了偏振光谱成像实验,获得了典型目标偏振特性数据,可为空间碎片材质的识别提供支撑。与强度图像相比,偏振图像能够增强图像的细节和纹理表现能力,其中偏振角图像效果更明显;实验中,黄色聚酯薄膜的偏振度在各个波段普遍高于其他材料,尤其在850.8nm处,远高于同一波长处其它材料的偏振度,利用这一特点,可以将黄色聚酯薄膜与其它6种材料区分开来。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V528
【部分图文】：

空间物体,增长情况

空间物体的数量近似于线性增长。2007 年编目空间物体的数量达到了15000 个，而到 2017 年年底，编目空间物体的数量超过了 18000 个。图1.2 编目空间物体增长情况[13]Fig. 1.2 The growth of cataloged space objects图1.3 SSN编目物体数量及组成逐年变化情况[14]Fig. 1.3 Monthly Number of Cataloged Objects in Earth Orbit by Object Type

空间物体,物体,情况,增长情况

间物体的数量近似于线性增长。2007 年编目空间物体的而到 2017 年年底，编目空间物体的数量超过了 18000 个图1.2 编目空间物体增长情况[13]Fig. 1.2 The growth of cataloged space objects

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是NASA给出的空间卫星数量的变化情况，被追踪观测的空间物体中，约有94%都是碎片。图1.4 卫星数量的增长情况[17]Fig. 1.4 The growth of the number of satellites图 1.5 为地球轨道上可以被观测到的目标的计算机合成图，这些物体中约有 94%均为空间碎片。其中的白点代表每个物体所处空间位置，其大小并不代

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