论文摘要：深空背景下空间目标光学特性建模与验证方法研究

随着各国空间技术的迅猛发展，发射进入太空的空间目标的数量不断增加。目标体积的小型化、形状的多样化、结构的复杂化为空间目标探测提出了新的挑战。同时，也为空间目标光学特性的研究提出了新的课题。空间目标光学特性作为光电探测系统所感知的信息，是空间目标监视、编目、探测、跟踪、识别的基础和依据。以光辐射和热传导理论为基础的目标特性数值计算方法可有效模拟各种复杂条件下的空间目标光学特性， 而且周期短、 成本低、 可靠性高。 本课题以“空间目标动态光学特性分析与测试”、“空间目标与背景光学特性建模与仿真方法研究”等项目为理论研究和工程应用背景，对空间目标光学特性进行理论建模与实验验证方法研究。首先，进行了空间目标光学特性建模方法研究。从光辐射理论、光散射理论、热传导理论及光学成像理论出发，结合空间目标的背景特性、结构特性、材料特性、轨道特性，引入区域分解、网格划分和矢量坐标变换的思想，利用BRDF建立目标紫外、可见光及红外散射特性的数学模型，利用红外发射率建立目标自身红外辐射特性的数学模型，给出目标反射背景辐射及目标自身发射辐射在探测器入瞳处及像面上的能量密度和空间分布特征的计算公式。其次，进行了建模函数-- BRDF测量方法研究。针对建立的空间目标紫外、可见光及红外散射特性的数学模型，根据定义进行建模函数-- BRDF测量实验研究，包括测量原理分析、测量方案分析、测量设备选取、测量平台搭建、照明与探测系统校准、测量数据处理、测量误差与精度分析。通过数据采集与处理获得典型空间目标材料的基本物性参数，建立典型空间目标材料的BRDF模型公式数据库。再次，进行了空间目标光学特性仿真计算分析。根据空间目标的背景特性参数、结构特性参数、测量获得的表面材料特性参数、轨道特性参数以及探测器的技术参数和轨道特性参数等确定输入条件，利用已建立的空间目标紫外、可见光、红外光谱特性与成像特性模型进行空间目标紫外、可见光、红外特性动态分析，详细计算目标表面反射辐射及目标自身红外辐射在探测器入瞳处的能量密度和空间分布特征并分析目标在探测器像面上的成像特征，给出仿真计算与模拟演示实时结果。最后，进行了空间目标光学特性模型验证评估。根据空间目标的几何结构特性、表面材料特性设计加工目标缩比模型。基于空间目标的光照条件与探测条件，购置太阳模拟器，选用相应的光学接收设备，在实验室内搭建目标光学特性实验测量平台，进行目标光学特性实验测量。将建模计算结果与实验测量结果进行比较分析，分析建模的正确性并评估建模的精度。同时，根据建模的假定条件进行建模的优化分析，给出最优建模方案。