天体物理中的星等概念比较

通过讨论天体物理中光度,亮度和照度之间的差别,引入星等概念.对包含视星等和绝对星等的关系式进行细化推论,明确了视星等和绝对星等之间的差异以及在天体物理中的重要联系,随后举例介绍了天体物理中的超新星爆发现象.最后归纳出几条重要结论.

白天CCD观星可探测极限星等值分析

介绍了白天天空背景下,在大气层内用CCD探测恒星可探测极限星等值的计算方法。根据恒星和白天大气背景辐射的对比度,计算和分析了3°×3°视场下,可探测星等极限值随观测高度、太阳天顶角、波段和恒星光谱类型的变化情况。结果表明:可探测星等极限值随观测高度和太阳天顶角的增加接近线性增加;对K和M类恒星,长波波段可探测星等极限值高。在25 km高度、3°×3°视场、太阳视线20°以外,可探测星等极限值可达到6.3等。

地基红外系统探测空间目标红外星等的分析

地基红外系统探测空间目标的能力与目标辐射特性、背景辐射特性、大气条件、红外光学系统性能、探测器特性等因素密切相关。分析了空间目标在外太空背景下的红外辐射特性,基于满足红外焦平面探测器的最低可探测信噪比,综合考虑空间点目标成像的弥散斑、背景辐射和大气衰减的影响,推导了地基红外探测系统对空间点目标的作用距离估算方程。红外星等用来计算星体在红外波段的亮度,讨论了用红外星等划分空间目标的方法和原理。根据中波和长波计算红外星等的公式,给出了不同温度的空间目标与对应的红外星等的关系。为地基红外探测系统的设计和应用以及探测不同红外星等空间目标的综合性能评价提供了理论依据。

光谱滤波技术对星等测量精度的影响

白天对空间目标进行观测时,采用光谱滤波技术可以提高光电系统的极限星等探测能力。针对光谱滤波探测特点,基于现有测量方法,结合光谱反射特性,分析了光谱滤波技术对测量精度的影响,给出了修正方法;利用光电系统对某空间目标进行了实际测量,根据事后修正方法进行了仿真研究,对实际测量值与事后修正值进行了比对分析。分析表明:光谱滤波技术虽然提高了光电系统的探测能力,但对测量精度带来了较大的影响,最大精度可为0.5等星。

一种高星等标准星光模拟器的设计与性能分析

在卫星探测相机及星敏感器的地面标定实验中,需要一台能够模拟无穷远处极小星点以及极弱星光照度的光源,即星光模拟器。采用积分球均匀点光源加准直平行光管模拟出无穷远处的星点,使用可变光阑调节光能量动态范围,提高模拟星等。同时点光源的光亮度可以精确测定,再通过精确测量影响星等照度的各个因素,从而解决弱光情况下的标定问题。分析模拟器的模拟星等能力及精度,在现有加工测试条件下,星光模拟器能够满足模拟614星等照度要求且精度较高,完全满足地面标定实验需求。

地球同步轨道立方体目标的视星等测算

根据卫星视星等值的定义,针对立方体型地球同步轨道目标,建立有效视星等的计算模型。利用矢量法分析太阳、观察者和目标卫星三者的时空关系,获得了模型中各参数的取值。通过数值模拟,计算得到地球同步轨道卫星相对于某地面观测站的视星等,并绘制视星等和时间的关系变化曲线。最后,采用卫星跟踪系统和天文望远镜在特定时间对模拟计算结果进行实验验证,实验结果与理论预期符合。

在轨卫星星等建模与计算

星等的大小代表了星体对于人眼的可观测程度。卫星星等的理论计算对于观测跟踪卫星光学系统设计等具有重要的指导意义。结合天文学、轨道动力学、辐射度学、光度学和计算数学理论,建立了计算人造卫星星等的物理数学模型。计算了卫星的可见光反射能量随轨道运行的瞬时特征,结合人眼的视觉特性,推导出了轨道卫星星等的计算方法,并进一步针对卫星表面为灰体的情况给出了一种计算卫星星等的方法及星下点卫星星等的周期性计算曲线,结果表明:星下点观测的卫星星等随卫星在轨道上位置的变化非常显著,对同一卫星,不同星下点观测到的星等差异仅在日照区就可达5个等级之多。

天基光电望远镜极限星等探测能力研究

从辐射度学和光度学基本原理出发,通过对目标光度信号特征和背景以及CCD噪声光信号特征的分析,导出了天基光电望远镜对空间目标的极限星等探测能力的计算公式。根据该公式,分别研究了有光照和无光照条件下的极限星等探测能力。给出了一组典型参数,在无背景光照条件下得到极限探测星等为14.1个星等,并详细研究了极限探测星等随各参数变化的关系。在有背景光照条件下,研究了极限探测星等随太阳角的变化关系。结果证明,几乎只要有太阳光进入,极限探测星等就急剧下降,因此也证明了天基光电望远镜只能在背光条件下或在地影中工作。

类柱体空间目标的星等计算模型研究

针对类似柱体的空间目标的视亮度计算模型,从空间目标的等效视星等的一般计算公式出发,利用面元模型,详细推导了类似棱柱的空间目标的光照有效反射面积,基于圆柱可由棱柱近似的思想,直接得到了类圆柱体目标的有效反射面积计算模型;为了使星等亮度模型易于求解,采用卫星工具包(STK)提供模型计算中涉及的太阳、目标和地面三者的时空关系,给出了基于STK的星等计算过程,并进行了实例计算和分析,结果表明本文的星等模型易于利用STK实现,且类圆柱体模型比经验模型具有更高的分辨率。将计算结果与其它计算方法比较,所得结果更为细致。

CCD在卫星星等测量中的应用

在CCD线性范围内,根据恒星在CCD探测器成像的灰度值得到星等与CCD灰度值的对应关系,利用此关系,在相同的衰减片和相同的积分时间等探测条件下由探测卫星的灰度值计算得出了其星等,并给出了CCD应用在卫星星等测量中的优势及注意事项。最后利用已知星等的G型光谱恒星灰度值比对进行了精度分析,结果表明:CCD的卫星星等测量精度可达0.2星等。

多色温多星等输出的单星模拟器光机系统设计

阐述了基于CCD技术的星敏感器的工作原理,及其在航天定位中起到的作用,从而引出星敏感器的地面标定技术,这就需要用到恒星模拟器对星敏感器进行标定。针对恒星光源的两个基本参数,分别提出了恒星色温模拟方法和星等模拟方法,研究了星模拟器系统的具体实现,主要设计了电光源、波段光强控制器、星等控制器等。在实验室实现了整个系统的组装,搭建了控制和测试平台,并得出了实验结果。实验结果表明,本系统具有较高的可靠性,在峰值光谱范围为350nm～950nm的情况下,可模拟星等范围0～+6.5MI,可模拟星体等效黑体温度为:2 600K、3 600K、4 300K、5 000K、5 500K、6 000K、6 800K、7 600K、9 800K,相对强度误差优于±0.10。

星模拟器多星等模拟方法研究

根据星模拟器对真实星等模拟的需求,结合星模拟器工作原理,优化设计了一种高成像质量星模拟器光学系统;建立了星等能量计算模型,实现了星等能量的理论计算;提出一种两片线性渐变密度滤光片组合的多星等模拟方案,实现了多星等能量的高精度连续调节;软件仿真结果验证-2~6等星星等模拟误差均小于±10%,满足真实星等的模拟要求,为星模拟器的真实星等模拟提供一种设计思路。

多色温多星等输出的单星模拟器系统设计

为满足星模拟器多色温、大星等范围的要求,设计了一种新型的单星模拟系统。该系统采用多束不同窄带光谱、不同强度的光线混合,控制总体输出光强,最终实现不同等效黑体色温和不同星等。通过RS-485串行总线对系统进行总体控制,也可对各个模块进行独立控制,完善的人机接口,方便人机交互。现场实验表明:该系统稳定可靠,调节灵活,能有效满足测试需求。

成像器噪声对星敏感器星等灵敏度的影响

作为用于高精度测量的姿态敏感器,星敏感器需要具备很高的星等灵敏度。对以光电转换技术为核心的星敏感器来说,光信号的传输及转换容易引入噪声,而成像器噪声则成为影响星等灵敏度的重要因素。为了提高星敏感器的星等灵敏度,结合系统信噪比判据,分析了成像器中的CCD组件噪声和电路噪声,推导出系统信噪比公式。并针对其中的暗电流噪声、逻辑驱动电路噪声、直流偏置驱动电路噪声和A/D转换电路噪声等主要噪声提出了相应的解决方案,经分析和测试,成像器噪声对星等灵敏度的影响是不容忽视的。采用适当的噪声抑制方案可有效提高星敏感器的星等灵敏度。

星等及光谱可调的标定用单星模拟器系统设计

为了实现多色温、多星等并且色温和星等都在系统中实时可调节的功能,提出设计一款新型的星等及光谱可调节的单星模拟器系统。系统采用氙灯及卤钨灯作为光源,将光源分为多束窄带光谱,并且对每一束窄带光谱的光强和光谱进行调节实现对黑体光谱范围及色温的模拟。当具有不同光谱特性和色温的光源进入星等调节器时,采用与波段光强控制器不相互干扰的调节方式,只对光源的光度即整个光源的能量进行衰减控制达到星等调节。在实验室实现了整个系统的组装,搭建了控制和测试平台,并给出标准星等光度与各个色温情况下实测星等光度对照结果。

实时比对法用于卫星星等测量及其精度评估

星等是卫星重要的光学特征之一,为实时、精确得到卫星的星等,在对卫星的探测中,探测系统首先跟踪测量目标卫星,然后对卫星飞过的附近天区的已知恒星进行测量,将CCD输出的卫星与已知恒星的灰度值进行比对得到卫星的星等,并利用同样的方法将两颗已知恒星的灰度值进行对比对该方法用于卫星星等测量精度进行了评估。实验结果表明,实时比对法用于卫星星等测量的精度为0.27星等,是一种有效的卫星星等测量方法。

红团簇巨星的绝对星等及其在天体测距方面的应用

红团簇巨星(red clump giant)是正处于中心氦燃烧阶段的小质量恒星,它们在赫罗图上成团出现且光度弥散很小,因此很容易被辨认出来。理论和观测研究均表明它们具有大致相同的光度,某些波段的光度与金属丰度以及年龄的关系很微弱,可以作为理想的"标准烛光"来测量天体的距离。依巴谷(Hipparcos)天体测量卫星的数据释放后,红团簇巨星被广泛地用于研究银河系结构以及测定本星系群成员的距离。

星敏感器用仪器星等的确定

仪器星等对正确评估星敏感器的灵敏度、捕获概率以及建立导航星表都有重要的意义。理论推导了色指数与接受器和恒星辐射之间的关系,证明星敏感器仪器星等可以由波段星等线性拟合得出,在此基础上由蓝光和可见光波段星等拟合计算了星敏感器的仪器星等,并与实测计算数据做了对比,结果表明用色指数计算仪器星等是可行的。更进一步对误差产生的原因也作了分析探讨,结合最近天文学的研究成果,提出了改进方法,从而使获得的拟合仪器星等与通过13波段观星数据计算得出的仪器星等的标准差不超过0.1个星等,满足当前星敏感器的要求。

基于PT4115驱动的高精度数字LED星等模拟器

依据地面设备标定的需要,介绍了一种高精度、有限空间、全光谱的星等模拟器实现方法。该星等模拟器的光学系统结构采用紧凑结构空间设计,其控制采用脉宽调制(PWM)技术,应用白光XLamp LED作为光源,并以PT4115作驱动,实现了对LED光照强度在640lx^1.0lx范围内数字化任意调整。所设计的星等模拟器与传统模拟调节的星等模拟器相比,该星等模拟器具有体积小、热量低、稳定性高等特点。通过在暗室环境中进行应用验证,分析和测试结果表明:该星等模拟器可实现0m^7m等星控制,光谱范围覆盖整个可见光,星等的控制精度高达±0.1m。

多色温多星等星光光源模拟技术研究

星模拟器是为模拟真实的恒星物理特性而设计的,由于不同恒星的色温和星等不同,为了更真实地模拟恒星,需要星光光源模拟系统能够实现色温和星等大范围高精度可调。该系统由积分球、光源模块、控制模块以及光纤光谱仪构成闭环光源模拟系统。为保证出射光的均匀度,采用了溴钨灯和多种单色LED混光作为光源,用恒流驱动方式控制LED的输出亮度。引入量子行为粒子群算法作为光谱匹配算法,求解LED系数ai。随着迭代次数的增加,适应度函数的值达到最小,则色温和星等的模拟误差变小。经实验验证:实现了色温3 000、4 300、5 500、6 500、7 600、20 000 K的模拟,色温匹配误差优于±10%;模拟星等+2~+8.5 Mi可调,星等匹配误差优于±6%。