一种空间目标光学可见性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种空间目标光学可见性分析方法，在给定时间和空间的条件下，建立坐标系统，计算地平坐标系的太阳位置，判定地光约束、判定地影约束、天光约束，若满足约束，则判定目标光学可见，提出了较为准确的太阳位置计算方法，提出了多因素耦合的空间目标可见性约束算法，使用向量方式，数学计算更加友好。数学计算更加友好。数学计算更加友好。

【技术实现步骤摘要】
一种空间目标光学可见性分析方法


[0001]本专利技术属于数学计算
，具体涉及一种天文数学计算技术。

技术介绍

[0002]光电经纬仪在可见光波段对空间目标进行观测，是天基空间目标监视的重要手段，因此，空间目标光学可见性分析是天基空间目标监视系统的关键问题之一。光电经纬仪在可见光波段对空间目标进行探测任务中，经常会受到地球遮挡、地光、日光、地影等因素的影响。在对空间目标进行观测的过程中，光电经纬仪需要待测量的目标具备可见性，光学可见性分析就是计算光电经纬仪在什么时间内、在什么位置能够观测到空间目标。
[0003]要保证观测条件，首先必须保证空间目标与光电经纬仪的相对高度符合观测条件。其次，空间目标自身不发光，必须反射太阳光才能被观测到。最后，还需要在足够暗的天空背景下，空间目标才能被光电经纬仪所捕获。为了在任务规划阶段直接计算出上述因素对光电经纬仪探测空间目标的影响，展开空间目标光学可见性分析研究，以期提供一种在任务规划时快速准确计算出空间目标可见性的算法。
[0004]基于此原理，空间目标、光电经纬仪、太阳三者的空间相对位置关系，是限制空间目标光学可见性的根本要素。因此，准确预测卫星的光学可见性，必须全面考虑遮挡、地光、天光、地影等约束条件的限制。
[0005]《光电工程》期刊2008年12月第35卷第12期的文章《在轨目标天基光学观测可见性预报与分析》利用在轨目标、观测卫星、地球、太阳以及月球之间的几何关系，综合考虑地球遮挡与地光条件、地影条件、日光条件与月光条件，推导出目标对于观测卫星的光学可见性判断模型，并建立了天基光学观测可见性预报方法。但是，文中未提及对于太阳位置和阳光矢量的计算。
[0006]《电光与控制》期刊2015年5月第22卷第5期的文章《空间目标可视条件与可见光特性分析》基于空间目标、天基观测站和太阳的几何位置关系与CCD探测系统性能，研究了空间目标相对于观测站的可视条件，基于双向反射分布函数研究了空间目标的可见光特性，较为精细的建立了空间目标表面可见光反射模型，同时也对CCD探测系统进行了建模。但是，文中未提及对于太阳位置的和阳光矢量的计算，需进一步研究太阳在不同时间的位置计算。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了解决现有技术存在的问题，提出了一种空间目标光学可见性分析方法，分析任意时间和空间的光电经纬仪对特定空间目标的光学可见性，为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案。
[0008]在给定时间和空间的条件下，以赤道平面作为基准面、经过赤道面与黄道面交点的经线作为子午线建立坐标系统，以太阳所在位置经过的经线与春秋分点经过的经线的夹角作为赤经Ra、太阳
‑
地心连线与赤道面的夹角作为赤纬δ，计算赤道坐标系的太阳位置，以
观测者所在地平面为基准面建立坐标系统，lon表示经度，lat表示纬度，以太阳与观测者的连线与地平面的夹角作为高度角alt、太阳所在方向与北方的夹角作为方位角az，计算地平坐标系的太阳位置。
[0009]设年份Y、月份M、日期D、取整算法INT，则
[0010]修正系数
[0011]儒略日JD＝INT(365.25*(Y+4716))+INT(30.6001*(M+1))+D+B
‑
1524.5
[0012]黄赤交角OE＝23.4393
‑
3.563
×
10
‑7×
JD
[0013]近日点幅角ω＝282.9404+4.70935
×
10
‑5×
JD
[0014]平近点角g＝356.0470+0.9856002585
×
JD
[0015]公转轨道偏心率e＝0.016709
‑
1.151
×
10
‑9×
JD
[0016]儒略世纪
[0017]格林尼治平太阳时s0＝280.460618+360.98565
×
(JD
‑
2451545)+0.0003879
×
JC2[0018]太阳时角H＝s0+lon
‑
Ra
[0019]偏近点角
[0020]日地距离d、真近点角v满足和d
×
cosv＝cosE
‑
e的关系，赤经Ra、赤纬δ满足和sinδ＝sinOE
×
sin(v+ω)的关系，则alt＝sin
‑1(sinlat
×
sinδ+coslat
×
cosδ
×
cosH)和
[0021]以临界视轴距离地面的高度h0作为地光条件的指标，R
E
表示地球半径，以观测目标O相对于光电经纬仪的矢量r
op
与光电经纬仪相对于地心的矢量
‑
r
p
之间的夹角θ大于临界视轴与地心之间的夹角θ0作为约束条件，计算地光约束。
[0022]若则认定地光约束条件满足。
[0023]假设太阳光为平行光、地影区为圆柱体，以目标的地心矢量r
o
与太阳的地心矢量r
s
之间的夹角β小于半圆或大于半圆但矢量r
o
在与矢量r
s
垂直的平面内的分量模长大于地球半径R
E
作为约束条件，计算地影约束。
[0024]若或则认定地影约束条件满足。
[0025]以观测目标相对于光电经纬仪的矢量r
op
与太阳相对于光电经纬仪的矢量r
sp
之间的夹角大于太阳的视半径与光散射角之和α0作为约束条件，计算天光约束。
[0026]若则认定天光约束条件满足。
[0027]本专利技术的有益效果：提出了较为准确的太阳位置计算方法，提出了多因素耦合的
空间目标可见性约束算法，使用向量方式，数学计算更加友好。
附图说明
[0028]图1是地光约束条件示意图，图2是地影约束条件示意图，图3是天光约束条件示意图。
具体实施方式
[0029]以下结合附图对本专利技术的技术方案做具体的说明。
[0030]1)计算太阳位置信息
[0031]首先输入当前的日期，计算出儒略日和太阳时角，根据儒略日计算出太阳轨道的相关参数，继而计算出赤道坐标系下的太阳赤经和赤纬，以及地平坐标系下的太阳高度角和方位角。
[0032]2)计算地光约束条件
[0033]如图1所示，判断观测目标是否符合地光约束条件。
[0034]3)计算地影约束条件
[0035]如图2所示，判断观测目标是否符合地影约束条件。
[0036]4)计算天光约束条件
[0037]如图3所示，判断观测目标是否符合天光约束条件。
[0038]上述作为本专利技术的实施例，并不限制本专利技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间目标光学可见性分析方法，其特征在于，包括：在给定时间和空间的条件下，以赤道平面作为基准面、经过赤道面与黄道面交点的经线作为子午线建立坐标系统，以太阳所在位置经过的经线与春秋分点经过的经线的夹角作为赤经Ra、太阳
‑
地心连线与赤道面的夹角作为赤纬δ，计算赤道坐标系的太阳位置，以观测者所在地平面为基准面建立坐标系统，lon表示经度，lat表示纬度，根据太阳与观测者的连线与地平面的夹角作为高度角alt、太阳所在方向与北方的夹角作为方位角az，计算地平坐标系的太阳位置；以临界视轴距离地面的高度h0作为地光条件的指标，R
E
表示地球半径，以观测目标O相对于光电经纬仪的矢量r
op
与光电经纬仪相对于地心的矢量
‑
r
p
之间的夹角θ大于临界视轴与地心之间的夹角θ0作为地光约束条件，判定地光约束；假设太阳光为平行光、地影区为圆柱体，以目标的地心矢量r
o
与太阳的地心矢量r
s
之间的夹角β小于半圆或大于半圆但矢量r
o
在与矢量r
s
垂直的平面内的分量模长大于地球半径R
E
作为地影约束条件，判定地影约束；以观测目标相对于光电经纬仪的矢量r
op
与太阳相对于光电经纬仪的矢量r
sp
之间的夹角大于太阳的视半径与光散射角之和α0作为天光约束条件，判定天光约束；若目标满足地光约束、地影约束、天光约束，则判定目标光学可见。2.根据权利要求1所述的空间目标光学可见性分析方法，其特征在于，所述计算地平坐标系的太阳位置，包括：设年份Y、月份M、日期D、取整算法INT，则修正系数儒略日JD＝INT(365.25*(Y+4...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁义豪，陈子昂，张鹏程，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：