卫星多光谱信号的仿真研究

卫星的红外和可见光信号的特征取决于外部太阳辐射光源的状况,与卫星的运动和姿态确定方式密切相关。按照基本的物理原理对可见光波段卫星红外和光学信号的建模,根据卫星与太阳、地球和传感器的相对位置关系和材料表面光学特性来计算卫星的光学信号。在轨道计算和坐标变换过程中,建立太阳翼对日定向的数学模型来考虑卫星运动和姿态的变化。卫星表面材料的光学特性使用了S-R双向反射分布函数(BRDF)模型,并推导了考虑直接反射和间接反射红外和可见光信号的计算公式。最后,采用太阳同步轨道的轨道根数进行模拟计算,得到了模型卫星辐射强度的分布和辐射亮度序列灰度图像,并分析了卫星红外和可见光信号的特征。

空间飞行器红外光学信号的模拟

卫星等空间飞行器的红外信号由对外部光源的反射和自身的红外辐射构成。在按照基本的物理原理进行建模的过程中,首先通过求解卫星的运动方程得到卫星的空间位置和速度矢量,进行卫星、太阳和地球的位置关系判断,计算到达卫星表面上的外部辐射热流。然后,进行卫星的热分析计算得到卫星表面的温度分布。接着,利用双向反射分布函数(BRDF)模型对卫星的反射和辐射特性进行建模,得到在红外波段下卫星的光学信号。最后,通过对仿真结果的分析,讨论了卫星红外光学信号的变化规律。

太阳同步轨道卫星光学特性

为了分析太阳同步轨道卫星的光学特性,对FY-1卫星的可见光和红外波段光学信号进行了仿真计算和模拟试验验证.通过对外部辐射及内部热源的分析,计算了卫星的温度场,采用随机起伏表面算法模拟表面覆盖材料外表面,通过阴影遮挡判断及双向反射分布函数(BRDF,Bi-directional Reflectance Distribution Function)模型计算卫星对外部辐射的反射特性,编程计算得到在可见光0.4～1.0μm和红外8～14μm,14～16μm波段下卫星的光学特性.结果表明红外辐射亮度与表面温度相关,8～14μm最大约90 W/(m2.sr)、14～16μm最大约20 W/(m2.sr).空间可见光辐射强度具有明显的镜面反射效应,卫星主体峰值2200 W/sr.通过地面模拟测量空间目标的温度和红外辐射验证了温度及红外辐射仿真计算模型,可见光辐射强度仿真计算结果与地面模型卫星测量结果误差在20%以内.

月球探测器发动机羽流辐射热流计算

火箭发动机羽流的辐射的计算需要求解气体介质的辐射传递方程(RTE).计算模型中基于单线组(SLG)模型考虑气体组分的光谱特性,并采用离散传递法(DTM)求解RTE,对波长积分得到辐射热流密度.通过对圆柱高温CO2气团辐射热流计算来验证计算程序,然后在流场计算的基础上,计算了月球探测器主发动机和姿控发动机羽流对各部位和仪器的辐射热流密度,根据对不同工况计算结果的分析为探测器的设计提供参考.