基于三角形面元分割法的地球同步卫星光学特性研究

发布时间：2017-09-21 23:17

  本文关键词：基于三角形面元分割法的地球同步卫星光学特性研究

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【摘要】：在地球同步轨道卫星的光学特性研究中,视星等对探测系统的整体设计、探测任务的规划具有重要意义。为了实现对地球同步轨道卫星光学特性的精确计算,本文提出一种计算目标表面有效反射面积的三角形面元分割方法,并以此建立了视星等的计算模型。为了验证模型,选取在轨卫星FY-2为研究对象,对卫星在不同时刻的有效反射面积和视星等进行仿真,并设计了一套双水平式光电跟踪系统对卫星进行探测实验。全文的主要内容如下：(1)对空间目标光学特性的研究背景和研究情况、以及光电跟踪系统的研究情况做了概述,并介绍了未来的发展方向。(2)介绍光度学的基本概念和目标表面的反射特性,并推导了目标有效反射面积、照度以及视星等的计算公式。同时,提出一种计算目标表面有效反射面积的三角形面元分割法,利用该方法对常见的四种几何体(立方体、圆柱体、圆锥和球)建模,对模型的性能从正确性、精度和复杂度三个方面进行分析。结果表明：模型达到收敛条件时,三角形面元分割法划分面元的数量仅为面元网格化方法的20%,此时,计算的有效反射面积与理论模型计算差值接近10-3，三角形面元分割法在精度和耗时上都优于理论计算模型和面元网格化模型。(3)定义空间坐标系统,以在轨地球同步卫星FY-2为仿真对象,利用三角形面元分割法计算模型对卫星的光学特性进行仿真计算,并考虑了目标进入地影的时间以及目标姿态变化对光学特性的影响。结果表明：在我国东部(纬度30.20,经度120.1°)的某处,当仿真时间处于2013年5月1日19：00到22：00内,目标视星等计算值约在12.42到13.67之间变化。一个运行周期内,目标处于地影的时间约为2280s,此外,目标俯仰与偏航均可造成有效反射面积变大(视星等相应变小),同等情况下目标俯仰动作对光学特性的影响更大。(4)利用双水平式光电跟踪系统对恒星和FY-2卫星进行观测实验,根据实验中拍摄的恒星图片和对应星等值,建立了由目标光强计算视星等值的LogNormal模型,并利用该模型计算出FY-2卫星的视星等实验观测值。结果表明：LogNormal模型在描述光强与视星等之间关系上优于Lorentz模型、Allometric模型和ExpGrow模型。同时,地球同步轨道卫星FY-2的实际观测视星等值与数据仿真值符合较好,进一步验证了三角形面元分割法计算模型的正确性。
【关键词】：地球同步轨道卫星 视星等 三角形面元分割法 有效反射面积 光电跟踪
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V474.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 目标光学特性研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 空间目标光学特性模型研究11-13
• 1.2.2 光电跟踪系统13-15
• 1.3 本文的主要研究工作及组织安排15-16
• 第2章 空间目标表面三角面元化建模16-29
• 2.1 光度学基本概念16-17
• 2.2 目标表面反射特性17-18
• 2.3 目标的视星等模型18
• 2.4 目标表面三角面元化建模18-23
• 2.4.1 三角形面元分割法18-19
• 2.4.2 模型建模19-23
• 2.5 模型计算性能分析23-28
• 2.5.1 模型的正确性分析24-25
• 2.5.2 模型的精度分析25-28
• 2.5.3 模型的复杂度分析28
• 2.6 本章总结28-29
• 第3章 地球同步卫星光学特性仿真29-37
• 3.1 STK软件及模块介绍29-30
• 3.2 空间坐标系统30-31
• 3.2.1 空间坐标系30
• 3.2.2 坐标转换30-31
• 3.3 模型仿真31-33
• 3.4 仿真影响因素33-36
• 3.4.1 地影33-35
• 3.4.2 姿态变化35-36
• 3.5 本章总结36-37
• 第4章 地球同步卫星光电跟踪实验37-51
• 4.1 双水平式光电跟踪系统37-44
• 4.1.1 天文望远镜系统38-39
• 4.1.2 双水平式光电跟踪平台39-42
• 4.1.3 伺服控制系统42-44
• 4.2 实验步骤44-45
• 4.3 实验结果45-47
• 4.4 与理论结果对比分析47-50
• 4.5 本章总结50-51
• 第5章 总结与展望51-52
• 5.1 总结51
• 5.2 展望51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-57
• 附录57

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本文编号：897432