Calculation of distribution of effective reflection area for space-borne laser retro-reflector array

The effective area of space-borne laser retro-reflector directly influences the intensity of the return signals for satellite laser ranging. The configuration of the retro-reflector array determines the effective area. The formula for the effective area of the space-borne retro-reflector array with different inclination angles at arbitrary celestial zone was deduced in this paper. As an example, the calculation result about effective area for the retro-reflector array of the Shenzhou-IV orbital module was given.

卫星激光反射器有效反射面积的计算与测试

本文介绍了反射器有效反射面积的概念及计算方法,并用矢量的方法分析了光线在角反射器内部的轨迹。计算了60o位置角的角反射器的有效反射面积,对内切圆角反射器的相对有效反射面积进行了测试,给出了测试结果。分析了角反射器位置角对有效反射面积的影响,以及星载激光反射器的反射面积与卫星轨道高度的关系。理论计算及实测结果表明,当卫星高度低于14625km时,为保证在卫星的可观测区域内,反射器均有较大的反射面积,应对角反射器镀以高反射膜,使反射器的有效反射面积不受反射器位置角的影响。

斜入射条件下“猫眼”目标回波功率分析

建立了斜入射条件下"猫眼"目标回波功率的计算模型,在此基础上建立了非离焦和离焦两种情况下"猫眼"目标反射的几何模型,推导出非离焦和正负离焦条件下入射角的变化范围,引入有效接收面积概念,得到了正负离焦引起的"猫眼"目标的回波发散角和有效接收面积,得到了斜入射条件下"猫眼"目标的回波功率计算公式,对入射角和离焦量对"猫眼"目标回波功率的影响进行了数值模拟。结果表明:入射角和离焦量的共同作用引起"猫眼"目标有效接收面积和回波发散角的改变,进而引起反射光场能量分布的变化,只有满足特定条件的入射角才能产生回波功率,入射角和离焦量的增大引起回波功率的减小,其中离焦量的变化对回波功率的影响作用显著,当入射角和离焦量都为零时接收到的回波能量最强。

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。

区域观测卫星激光反射器有效反射面积的设计

卫星激光反射器阵列结构决定有效反射面积分布,进而影响激光回波强度。在某些小型卫星应用中,地面台站只需对卫星局部天区过境观测,但激光反射器需数十平方厘米的有效反射面积,且对质量和尺寸有限制,需合理设计激光反射器阵列排布指向以满足大的有效反射面积应用需求。推导了不同指向角反射器有效反射面积计算模型,并以某一局部天区观测的低轨卫星激光反射器为例,给出了有效反射面积的仿真结果,并进行了实验室测试。结果表明,局部天区观测卫星激光反射器的有效反射面积设计与测试结果相符,为区域观测卫星激光反射器应用奠定了基础。

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。

激光光束入射角度变化对角锥棱镜测量精度的影响

为了掌握光束入射角变化对激光跟踪仪中角锥棱镜测量精度的影响规律,详细分析了角锥棱镜的工作原理和反射特性,计算了角锥棱镜在不同入射角下的实际有效反射面积,并建立了角锥棱镜有效反射面积随光束入射角变化的理论公式,进而得到角锥棱镜测量精度随光束入射角变化的规律。实验结果表明:角锥棱镜测量精度随入射角增大而减小,在最大允许入射角处发生突变。在最大允许入射角为±35.26°时,其测量误差达到0.050 mm;而在±20°内时,其测量精度优于0.010 mm;入射角在±15°内其测量精度最高,稳定性最好。所得结论证明了当角锥棱镜入射角在±20°内工作时能满足了激光跟踪仪的测量精度要求,这对角锥棱镜设计和实际测量工作具有指导意义。

HY-2卫星激光反射器理论分析及激光测距实验

激光反射器作为一种被动无源光学合作目标,是人造卫星激光测距系统中的重要组成部分。对于运行在低轨卫星中的激光反射器,既要在较大的激光入射角范围提供服务,又要将角反射器阵列结构所引入的综合测距误差控制在一定范围内,以保证高精度的激光测距,因此绝大多数采用半球形阵列结构。文中以我国海洋二号卫星激光反射器为例,对半球形激光反射器的远场衍射分布、相对有效反射面积分布、距离更正误差分布和激光测距综合精度等核心技术参数进行理论分析。并以国内流动式卫星激光测距系统TROS1000对海洋二号卫星激光反射器进行追踪和激光测距实验,测量结果表明,激光测距内符合精度为1.1 cm,理论分析与实测结果相符。标志着海洋二号卫星激光反射器性能优良,这对以后激光卫星反射器的设计具有指导意义。

适用于立方体卫星的激光测距合作目标

为了给立方体卫星星载GPS定轨数据提供检核标准,并满足高精度测定轨道的应用要求,通过在10cm×10cm×10cm的标准立方体卫星的每个表面分布3个通光口径为1.0cm的微小激光反射器,设计了质量约为108g、视场角满足360°、测距精度可达厘米级的激光测距合作目标。根据角锥棱镜的二面角误差、反射面面形误差及入射面面形误差所引起的光束附加相位,分析角锥棱镜在远场的衍射分布特性;接着,根据激光合作目标在卫星上的分布方式,计算激光合作目标的相对有效面积分布;然后,利用激光测距方程估算不同轨道高度的立方体卫星激光反射器回波光子数,并根据卫星质心改正模型估算激光测距精度;最后,以皮卫星激光合作目标测距试验为例,验证了装载在卫星上的1.0cm微小激光反射器能够反射回足够的激光回波信号。结果表明,此种分布方式对于运行在250~1 000km轨道上的立方体卫星能够提供足够的回波信号,激光测距内精度可达厘米级,满足立方体卫星对激光测距合作目标质量轻、分布灵活、测距精度高的要求。

浅层地震勘探在采空区勘测中的应用

以冀东三友水泥有限公司技改工程地基采空区岩层塌陷的勘测为基础 ,介绍了应用浅层地震方法探测采空区岩层塌陷所采用的野外工作、资料处理及解释方法技术 ,讨论了高分辨率浅层地震方法的地质解释依据和勘察效果。

角锥棱镜的斜入射远场衍射图样

角锥棱镜是激光反射器的主要光学组件,在合作目标卫星激光测距中发挥着关键作用.精确计算角锥棱镜的远场衍射图样是估算激光测距回波能量的必要过程.本文基于角锥棱镜的反射原理,分析了不同激光入射方向对反射器有效反射面积的影响,提出了一种适用范围更广的有效反射面积计算方法,同时分析了激光入射方向对角锥棱镜光学反射率的影响.在此基础上,应用光学标量衍射理论建立了远场衍射图样算法,分别对多种激光入射方向的镀金属(银)膜和无镀膜角锥棱镜进行了远场衍射图样仿真计算,得到了两类角锥棱镜的远场衍射图样分布随入射方向变化的规律.搭建了角锥棱镜远场衍射图样测试系统,通过实测结果与仿真计算的对比分析,验证了仿真计算的准确性.

机载角反射器阵列设计

低轨目标目前流行的类半球状布阵方式的远程角偏小,测距盲区较大。对角锥棱镜进行研究分析,依据角反射器光束入射角度允许变化范围,合理分布角反射器,设计了一机载激光反射器装置,外形尺寸为119mm×88.8mm,共有15个角锥棱镜,底面切割成正六边形,底面边长为15.5mm,底面对边距为26.87mm,有效通光口径为25mm,高为19mm。考虑到角反射器的速差效应及其补偿要求,角锥棱镜最大角误差为5″,面形最大误差为5″。通过合理设计,比较单层角反射器,增加了入射光允许的角度范围,大大减小了低轨目标的测试盲区。

尤尔-尼尔森光谱纽介堡模型中修正指数的研究

尤尔-尼尔森光谱纽介堡公式中修正系数的确定一直是个难题。选用了纸张的光谱反射率的倒数作为修正系数,使计算的有效网点面积率与实际的网点面积率之间的误差减小。结果表明,修正后的尤尔-尼尔森光谱公式可用于有效网点面积率的计算,研究结果对于印刷色彩检测具有重要意义。

斜入射条件下角锥棱镜光学特性分析

角锥棱镜具有严格的后向反射特性。激光斜入射条件下,会造成角锥棱镜有效反射面积的减小及附加光程差,对激光主动探测及激光精确测距产生影响。利用几何光学原理,建立了斜入射条件下角锥棱镜有效反射面积数学模型,针对激光精确测距要求,推导了附加光程差与入射角的关系。理论分析及数值仿真结果表明,激光主动探测系统回波功率随入射角的增大而减小,不同的入射方位角对应不同的最大可探测入射角。对于给定的角锥棱镜,测距精度随入射角的增大而减小,在角锥棱镜最大允许入射范围内,测距精度误差可达2.85 mm。这对角锥棱镜的设计和实际应用具有指导意义。

火成岩区地震波传播规律研究

高速层屏蔽是地震勘探中的一个难题。采用Zoeppritz方程,研究了火成岩高速层界面上地震波的反射与透射特性,采用一阶应力速度弹性波方程交错网格高阶有限差分法模拟、射线追踪法和有效反射系数法相结合的方式,研究了火成岩高速层中弹性波传播规律,发现火成岩层对地震波具有能量屏蔽和路径屏蔽2种屏蔽作用。提出了采用P波广角反射和P波高速层内局部转换广角反射波消除火成岩高速层对地震波的屏蔽作用。模型试验结果表明,该方法可以减弱高速层的屏蔽作用,提高深层目标层的反射波能量。

米波雷达阵地地面有效反射区的探讨

讨论了传统的米波雷达地面有效反射区和粗糙地面的选择条件 ,提出采用椭圆曲线作为地面反射区曲线 ,并给出曲线公式 ,各反射点的反射波在主要方向同相叠加增加了探测距离 ,进一步挖掘了米波雷达的威力潜力 ;合理选择反射区曲线的长度 ,可减少近地物反射的杂波 。

多向不规则波有效试验区的扩展法

实验室中一般采用分段式造波机来产生斜向或多向波，但其中存在几个问题，最主要的是有效试验区较小。扩大有效试验区的常用方法是采用边墙反射法。本文首先叙述了应用边墙反射产生斜向波和多向波的方法，通过物理模型试验对该方法进行了验证，试验结果表明采用边墙反射的确可以扩大有效试验区的范围。

三角形面元分割法计算地球同步卫星视星等

为了描述地球同步轨道卫星表面的光学特性,提出了快速三角形面元分割法计算卫星有效反射面积,结合太阳、卫星和观测点三者之间的时空关系,建立目标视星等计算模型。为了验证模型,对在轨地球同步卫星FY-2在不同时刻的有效反射面积和视星等进行仿真。结果表明,与网格化面元分割法对目标表面分割数为1600时达到收敛相比,采用三角形面元的分割数为256时,模型即达到收敛条件。此时,计算得有效反射面积与经验公式计算差值接近10-3,有效降低了面元分割数和模型复杂度。采用光电转台对目标进行跟踪观测实验,当观测时刻为2013年5月1日19：00-20：00时,目标视星等观测值为12.6～12.8,理论计算视星等与实验结果符合较好。

抛物线用作雷达阵地地面有效反射区曲线

讨论了传统的米波雷达地面有效反射区和粗糙地面的选择条件,提出采用抛物线作为地面反射区曲线,并给出曲线公式,各反射点的反射波在主要方向同相叠加增加了探测距离,进一步挖掘了米波雷达的威力潜力;合理选择反射区曲线的长度,可减少近地物反射的杂波,提高低空目标的探测能力。

米波雷达探测低空目标条件下天线架高定量分析

米波雷达在实际使用时,天线的架高会影响到其威力的发挥。主要从有效反射区、雷达探测范围两个方面进行了分析,探讨了它们与天线架高的关系,建立了相应的模型。在此基础上,运用逼近理想解的排序法,建立了确定天线架高的数学模型,为米波雷达的应用提供了依据。