一种基于光变曲线的卫星本体尺寸计算方法技术

本发明专利技术属于地基光学观测领域，公开了一种基于光变曲线的卫星本体尺寸计算方法，方法包括以下步骤：观测获取高精度的卫星光度信息；轨道计算和姿态计算获取光照可视关系；观测数据可用性检验；卫星本体尺寸计算。本方法克服了雷达手段对中高轨卫星观测能力的不足，提出了利用光学望远镜观测系统获取卫星本体尺寸的方法，获取其长宽高参数。本发明专利技术能够快速推广应用至我国现有的地基光电探测设备上，无需硬件改动即可形成一定的卫星本体尺寸确定能力。

A Calculating Method of Satellite Body Size Based on Photodynamic Curve

The invention belongs to the field of ground-based optical observation, and discloses a method for calculating the size of satellite body based on photodynamic curves. The method comprises the following steps: obtaining high-precision satellite photometric information by observation; obtaining illumination visual relationship by orbit calculation and attitude calculation; verifying the usability of observation data; and calculating the size of satellite body. This method overcomes the shortcomings of radar in the observation ability of medium and high orbit satellites. A method of obtaining the size of satellite body by using optical telescope observation system is proposed, and the parameters of its length, width and height are obtained. The invention can be rapidly extended and applied to the existing ground photoelectric detection equipment in China, and can form a certain satellite body size determination capability without hardware modification.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光变曲线的卫星本体尺寸计算方法
本专利技术属于地基光电观测领域，涉及一种卫星本体尺寸的计算方法。
技术介绍
尺寸大小是卫星的一个重要物理参数，除了从设计建造时得到的本体尺寸数据外，其它是通过各种观测测量获取的，一般用雷达探测获取的雷达散射截面(Radarcrosssection，RCS)来表征卫星的大小。但其存在着一些限制，首先，雷达的波段较长，雷达散射截面与卫星结构、卫星姿态、雷达工作频率、入射场极化形式、接收天线极化形式等许多因素有关，且对边角敏感，容易在卫星边角处形成大值，不能很好表征卫星的真实尺度。其次，由于雷达探测信号强度与距离的四次方成正比，且会受到地面杂波和大气损耗影响，以及自身功率和工作波长的限制，一般很难使用雷达实现中高轨卫星的测量。第三，该量获取的为截面积且存在变化，不能表现卫星的长宽高具体尺寸。本方法利用光度测量获取的时间-光度序列，着重分析在该时段内的光照可视关系，计算出主体结构为六面体卫星的长宽高参数，充分利用光学观测波段短、被动接受、探测距离远的特点，得到卫星主体尺寸的参数。
技术实现思路
本方法克服了雷达探测中高轨卫星的不足，提出了利用光学望远镜探测系统获取卫星主体尺寸的计算方法，获取其长宽高参数，由于光学波段比无线电波段长短，且对边角不敏感，该方法相对无线电手段可以精确获取卫星尺寸。本专利技术的技术方案为：一种基于光变曲线的卫星本体尺寸计算方法，该方法具体包括以下步骤：步骤1：观测获取高精度的卫星的光度信息(1)拍摄光度标定辅助图像：本底图像、平场图像、标准星图像；(2)拍摄卫星的光度信息；(3)对图像进行校正(本底改正和平场改正)，提高信噪比；(4)孔径测光，证认图像中的观测目标，计算目标的半高全宽；(5)计算卫星的仪器星等，根据其半高全宽，选择天光孔径大小，去除天光背景对卫星测光的影响，得到卫星的仪器星等；(6)选择LANDOLT星作为较差测光的标准星，计算转换得到卫星的视星等，进行流量定标，得到卫星的视星等。步骤2：轨道计算获取光照可视关系参量(1)利用SGP4或SDP4模型进行卫星Tle轨道根数的外推预报计算，获取当前历元轨道坐标系下的坐标矢量；(2)将卫星在当前历元轨道坐标系下矢量转换至站心赤道坐标系下，计算卫星至站心的距离-斜距R；(3)卫星在当前历元轨道坐标系下位置和速度矢量转换至当前历元真赤道真春分点坐标系下的位置、速度矢量和(4)同时获取光源(太阳)和测站在此坐标系中的位置矢量和(5)根据位置矢量和速度矢量建星体坐标系；(6)根据上述建立的坐标映射关系，将太阳和测站的位置矢量和转换至星体坐标系下的方位角和高度角，获得参数As，hs和Am，hm。步骤3：观测数据的可用性校验对整个数据段内的数据点对应的光照可视关系进行校验，检验是否满足计算要求。步骤4：卫星主体尺寸计算以卫星的三个立面的面积作为待估计参量，对不同时间点的光照可视关系、测量的星等值、反照率为输入量进行最小二乘法估计，计算处三个立体面的面积，进而计算出长宽高的尺寸。进一步，所述步骤1的具体步骤为：步骤1.1拍摄光度标定辅助图像：本底图像、平场图像、标准星图像；步骤1.2拍摄卫星图像；步骤1.3对图像进行校正(本底改正和平场改正)，提高信噪比；步骤1.4孔径测光，证认图像中的观测目标，计算目标的半高全宽；步骤1.5计算卫星的仪器星等，根据卫星的半高全宽，选择天光孔径大小，去除天光背景对卫星测光的影响，得到卫星的仪器星等；步骤1.5选择LANDOLT星作为较差测光的标准星，计算转换得到卫星的视星等，进行流量定标，得到卫星的视星等。进一步，所述步骤2的具体步骤为：步骤2.1利用SGP4或SDP4模型进行卫星Tle轨道根数的外推预报计算，获取当前历元轨道坐标系下的坐标矢量；步骤2.2将卫星在当前历元轨道坐标系下矢量转换至站心赤道坐标系下，计算卫星至站心的距离-斜距R；步骤2.3卫星在当前历元轨道坐标系下位置和速度矢量转换至当前历元真赤道真春分点坐标系下的位置、速度矢量和步骤2.4同时获取光源(太阳)和测站在此坐标系中的位置矢量和步骤2.5根据位置矢量和速度矢量建星体坐标系；步骤2.6根据上述建立的坐标映射关系，将太阳和测站的位置矢量和转换至星体坐标系下的方位角和高度角，获得参数As，hs和Am，hm。进一步，所述步骤3的具体步骤为：步骤3.1)将太阳和测站的位置信息转换到直角坐标系中和步骤3.2)计算两个矢量分别与星体坐标系各个面的夹角，太阳矢量和测站矢量与星体坐标系的xy，xz，yz平面夹角分别为us、vs、ws和um、vm、wm，则有(直线与平面夹角不大于180度)，和步骤3.3)照射面与可视面一致性检查：按以下公式判断：其中，Ka、Kb、Kc分别为a，b，c面是否可见的标识量，当a面或a′面可见是ka为1，不可见时为0；当b面或b′面可见是kb为1，不可见时为0；当c面或c′面可见是kc为1，不可见时为0；如果在整个数据段内，当出现Ka、Kb、Kc均为1的情况即认为数据段内数据符合可用性校验，可用于后续的主体尺寸计算；若不符合，则放弃计算。进一步，所述步骤4的具体步骤为：步骤4.1)xy、xz、yz平面可看到的面积系数分别为，其中，t为太阳与0的空间夹角，0＜t＜180，可看到的总面积S为：S＝s1*a+s2*b+s3*c，a＞0，b＞0，c＞0(7)其中，a、b、c分别为目标三个面面积，则可得，其中，v为反射率，v取值范围为0.1，Mag目标星等，R为斜距；4.2)以卫星的三个立面的面积a、b、c作为待估计参量，对不同时间点的光照可视关系、测量的星等值、反照率为输入量进行最小二乘法估计，根据计算得到的三个立体面的面积a、b、c，进而计算出长宽高的尺寸xc、yc、zc。本专利技术的技术方案与现有技术相比具有如下技术效果：(1)具有被动式无源接收特性，由于利用太阳作为照射源，探测行为不易被发现，隐蔽性强。(2)具有灵敏度高、精度高，光学波段比无线电波段短，且对边角不敏感，可以比现在常用的雷达手段确定的尺度更加精确。(3)相比现阶段的雷达探测能力而言，探测距离远，可探测到距离地球表面40000公里的20星等的卫星，目前雷达探测只能探测到几千公里。(4)本专利技术能够快速推广应用至我国现有的卫星光电探测设备上，无需硬件改动即可形成卫星的外形尺寸确定能力。附图说明图1为本专利技术的基于光变曲线的卫星本体尺寸计算方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步说明。本专利技术所述的基于光电探测的卫星光变特性获取方法，分成数据获取和数据处理两部分，首先进行数据获取，主要在步骤一中实现。步骤一：观测获取高精度的卫星的光度信息(1)拍摄光度标定辅助图像：本底图像、平场图像、标准星图像观测测试并拍摄本底图像和平场图像选取已知亮恒星进行观测测试，确认望远镜指向正常、CCD工作正常后，拍摄本底图像和平场图像。拍摄标准星图像选取在卫星天区附近的LANDOLT星，拍摄标准星图像。(2)拍摄卫星图像将观测目标的精密星历表输入望远镜系统，根据精密星历表引导望远镜跟踪锁定卫星进入视场中心，望远镜跟踪锁定观测目标，CCD(ChargeCoupledDevice)开始连续曝光。由天光背景亮度调整合适的曝光时间长度和延时，由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光变曲线的卫星本体尺寸计算方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1.观测获取高精度的卫星的光度信息；步骤2.轨道计算获取光照可视关系参量；步骤3.观测数据的可用性校验：对整个数据段内的数据点对应的光照可视关系进行校验，检验是否满足计算要求；步骤4.卫星主体尺寸计算：以卫星的三个立面的面积作为待估计参量，对不同时间点的光照可视关系、测量的星等值、反照率为输入量进行最小二乘法估计，计算处三个立体面的面积，进而计算出长宽高的尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种基于光变曲线的卫星本体尺寸计算方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1.观测获取高精度的卫星的光度信息；步骤2.轨道计算获取光照可视关系参量；步骤3.观测数据的可用性校验：对整个数据段内的数据点对应的光照可视关系进行校验，检验是否满足计算要求；步骤4.卫星主体尺寸计算：以卫星的三个立面的面积作为待估计参量，对不同时间点的光照可视关系、测量的星等值、反照率为输入量进行最小二乘法估计，计算处三个立体面的面积，进而计算出长宽高的尺寸。2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤为：步骤1.1拍摄光度标定辅助图像：本底图像、平场图像、标准星图像；步骤1.2拍摄卫星图像；步骤1.3对图像进行校正(本底改正和平场改正)，提高信噪比；步骤1.4孔径测光，证认图像中的观测目标，计算目标的半高全宽；步骤1.5计算卫星的仪器星等，根据卫星的半高全宽，选择天光孔径大小，去除天光背景对卫星测光的影响，得到卫星的仪器星等；步骤1.5选择LANDOLT星作为较差测光的标准星，计算转换得到卫星的视星等，进行流量定标，得到卫星的视星等。3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述步骤2的具体步骤为：步骤2.1利用SGP4或SDP4模型进行卫星Tle轨道根数的外推预报计算，获取当前历元轨道坐标系下的坐标矢量；步骤2.2将卫星在当前历元轨道坐标系下矢量转换至站心赤道坐标系下，计算卫星至站心的距离-斜距R；步骤2.3卫星在当前历元轨道坐标系下位置和速度矢量转换至当前历元真赤道真春分点坐标系下的位置、速度矢量和步骤2.4同时获取光源(太阳)和测站在此坐标系中的位置矢量和步骤2.5根据位置矢量和速度矢量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建峰，张晓明，李陶然，葛亮，姜晓军，周婉，曾显群，邱鹏，田健峰，兀颖，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台，
类型：发明
国别省市：北京,11