高轨光学观测星座构型设计与覆盖率分析

空间态势日益紧张使高轨卫星受到来自空间碎片和其他航天器的威胁,建立高轨天基态势感知系统,实现对高轨目标的观测与编目,对保障高轨卫星正常工作意义重大.光学观测和红外观测相比,具有被动无源、能量消耗小、适合长期工作的优势.本文对高轨光学观测星座进行构型设计与覆盖率分析,根据光学载荷成像特性,建立可见性约束模型.以有限时间内非重复目标覆盖率为优化指标,基于分解优化策略,将构型优化设计问题转换成多个单星轨道根数优化问题,利用差分进化(differential evolution,DE)算法优化.通过仿真比较分解优化策略和整体优化策略的效果,结果表明分解优化策略具备更好的全局寻优特性,根据结果分析了观测卫星数量和非重复目标覆盖率的关系,讨论了非重复目标覆盖率的边际效应.

一次自然雷击过程的光学观测分析

雷击过程光学观测是研究雷击放电物理过程最直观的手段，长期坚持开展自然雷击放电光学观测有助于改善我国雷击光学观测数据匮乏的现状。鉴于此，分析了一次下行先导并未与迎面先导相连接的雷击放电过程的光学观测结果。根据观测结果，获取了下行先导和迎面先导的发展轨迹，计算得到了先导发展的特征参数，包括：负极性下行先导2维发展速度为（1．98～7．28）×10^5m／s，平均值为3．78×10^5m／s；正极性迎面先导2维尺度达到56．99m，2维发展速度为4．8×1043．08×10^5m／s，持续时间为（462．5±18．5）μs。由于观测对象高度接近我国特高压同塔双回输电线路杆塔高度，观测的迎面先导发展过程可为这类线路的防雷设计提供参考。对下行先导未与迎面先导相连接的原因进行了初步分析，证实了在下行先导发展随机性的影响下，迎面先导起始并不能保证成功拦截下行先导。最后对未来开展自然雷电光学观测研究应采用的观测方法提出了建议。

空间目标天基光学观测模式分析

对空间目标的监视可采用地基和天基两种方式实现。与地基观测相比,天基观测在空域覆盖性和监视时效性等方面具有较大优势,空间目标天基观测技术已成为当今空间领域的前沿性技术。目前,许多国家和组织都在大力发展空间目标天基观测技术。天基光学观测可采用光学栅栏、特定天区和地球同步带搜索方式实现空间目标的捕获；可通过恒星跟踪和天文定位方法获取空间目标的位置信息；可采用等待或跟踪方式实现对目标的成像。

广州两座高建筑物上闪击距离的二维光学观测

利用广州高建筑物雷电观测站的高速摄像机在2012—2018年拍摄到的发生在两座尖顶建筑物广州塔(600 m高,12次)和广晟国际大厦(360 m高,9次)上的21次下行地闪光学数据,结合广东电网闪电定位系统提供的回击峰值电流数据,统计建筑物高度和回击峰值电流强度对闪击距离的影响,并探讨闪击距离与上行连接先导起始时间的相关性.结果表明:更高的建筑物上雷电的闪击距离更长,广州塔闪击距离的中位数约是广晟国际大厦闪击距离中位数的2倍;对于确定高度的建筑物,闪击距离有随着回击峰值电流增强而变长的趋势,且建筑物越高,对应的回击峰值电流也越强;在下行与上行先导连接前0.1 ms内,二者的平均速率之比小于4,且速率比值在0~1这一区间的样本最多,占比约65%.

GEO空间碎片的光学观测与精密定位

GEO轨道由于其特殊的动力学特性,有着巨大的应用价值;然而,GEO区域没有类似大气阻尼的碎片清除机制,导致空间碎片的威胁与日俱增。由于地基雷达探测距离的限制,地基光学观测是GEO空间碎片探测的主要手段。介绍了空间碎片光学观测中设备的选取,观测方案的制定,以及相关的图像处理算法;分析了空间碎片精密定位的技术与方法,并对今后的发展进行了展望。为了更好地了解GEO空间碎片的态势,保障在轨运行航天器的安全,GEO空间碎片光学观测方法的研究是一个需要长期深入的课题。

LEO轨道危险碎片天基光学观测技术

低轨危险空间碎片可对航天器造成灾难性损伤,对空间碎片的远程探测与识别是实施碎片规避和碎片清除任务的基础和前提。但由于该类目标信号微弱、运动速度快、光学特性存在时变和不确定性,因此,对其探测与识别提出了严重挑战。针对远距离危险空间碎片的实时监测、识别、碰撞预警、精确定轨的迫切需求,为给天基载荷发展与设计提供支持,总结了电荷耦合器件、雪崩光电二极管、位置读出光子计数探测器等器件的主要性能,并对基于不同探测器的探测技术用于LEO轨道危险碎片天基光学观测的能力进行了比较分析。

南山站的光学观测环境监测与分析

为分析南山站的光学观测环境条件,在南山观测站使用SBIG、SQM-LE等设备分别对大气视宁度、夜天光亮度和气象数据进行长期监测,在筛选和整理大量监测数据的基础上,进行逐月、逐年的统计和分析。结果显示,使用SBIG视宁度仪监测南山站年平均视宁度为1.74″,夜天光亮度为21.7 mag arcsec-2,年平均温度为3.4℃,年平均相对湿度为57.3%,风速主要分布区间为2~3 m/s,主要风向为西南风。上述参数表明,南山观测站的光学观测环境良好,可以满足中、小型望远镜的观测环境要求,测量结果可为其他光学台址起参考作用。

微纳米气泡光学观测系统开发

微纳米气泡技术在污染的地下水原位修复领域具有巨大的应用潜力。设计了一套微纳米气泡的光学观测系统,该系统由模型箱、激光器、CCD相机、显微镜头、三维可调节支架及图像处理软件组成,可以对微纳米气泡在水体中及多孔介质中的粒径分布、运动速度和吸附特性等进行观测,并分析其影响因素。该系统观测的微纳米气泡粒径范围为900nm以上。该系统功能强、观测精度高,在实际教学和科研中发挥了重要作用。

光学观测小波方法的比较研究

本文系统地分析国外几十年来用光学方法对海面微尺度波浪观测的研究方法和观测装置，从中比较各自的优缺点，对于今后在此方面的研究工作提供帮助。

1997年3月9日昆明日偏食的光学观测

１９９７年３月９日在云南天文台对日偏食进行了光学观测，取得了不同时刻的日面掩食过程的白光资料。

空间碎片光学观测中若干问题研究

地基光学观测是探测空间碎片的重要手段．本文从目标搜索方案的制定、目标质心提取、目标精密定位以及目标关联4方面入手，研究提升设备探测能力、提高目标观测精度的方法．

光学观测及类星体PKS 1510-089的光变分析

用中科院云南天文台1 m望远镜对类星体PKS 1510-089进行观测,监测到其在不足1 h的时标里变幅约1 mag的剧烈光变,说明在观测期间,目标在R波段是极其活跃的.

天基光学观测低轨多目标跟踪的多模型CPHD滤波方法

低轨多目标跟踪是天基光学系统信息处理需要解决的重要问题之一。提出了一种基于多模型势概率假设密度(CPHD)滤波的跟踪方法,建立了描述低轨目标运动的常轴向力模型和二体力学模型,给出了天基测量模型,将低轨目标的运动模式和运动状态组合成扩展状态,利用CPHD滤波递推扩展状态的验后概率假设密度(PHD)和目标数量的验后概率密度,能够同时得到目标状态和目标数量的估计。仿真结果表明,多模型CPHD滤波对目标数量和目标状态的估计精度相对多模型PHD滤波和单模型CPHD滤波有显著提高。

针对GEO目标带的天基光学观测姿态规划研究

为了提高太阳同步轨道卫星对GEO轨道带目标的观测效率,在分析观测位置和传感器视轴指向与太阳同步轨道卫星对静止轨道带扫描速度基础上得到传感器视轴的最佳指向以及对应的GEO带上的最佳观测点,并提出了关于最佳观测点的姿态规划策略,并对在地影影响下有/无姿态机动时的观测效率进行了对比仿真分析。仿真结果表明:对于SBV传感器视场在1.5°×1.5°时,最佳观测点的控制策略就能够完成对GEO轨道带的完全覆盖,相较于无姿态机动时,对静止轨道带的观测时间可提高一倍。

苏梅克－利维9号彗星撞击木星事件的光学观测

本文给出了１９９４年７月１７日至２２日，彗星碰撞期间，福州和乌鲁木齐两个观测点所取得的部分光学观测资料。

地面光学观测CCD终端图像的采集

近年来 ,CCD迅速广泛地应用于地面光学观测 ,简单易用的窗口式操作系统在系统软件领域占据统治地位 ,天文图像采集软件也随之需要更新。针对目前常见的地面光学观测系统———天文望远镜和CCD系统 ,选用DH VRT CG10 0图像采集卡 ,利用VC ++5 .0开发了一套基于Windows 98平台的图像采集软件。该软件对于地面光学自动观测具有实用意义 ,并具备继续扩充的特点 ,以便同行进行二次开发。

基于GPU的小行星光学观测图像实时处理

小行星地基光学观测是小行星搜寻和性质研究的重要手段。近年来,小行星搜寻项目朝着大口径大视场的方向发展,探测能力提升的同时数据量也大大增长,为了提高小行星光学观测图像的处理速率,本文提出基于GPU的小行星光学观测图像实时处理方法。对Source Extractor算法进行研究,在满足提取精度的前提下,实现Source Extractor算法的简化和基于GPU的并行化;同时,采用Match匹配算法进行天文定位,并对Match匹配算法进行优化,提高算法适用性和准确率。实验结果表明利用NVIDA GeForce GTX 2080Ti显卡搭建的实验平台实现简化和并行化后的算法,相比于CPU下的串行算法,提速比可达17(S/N阈值设置为3),且随着高性能显卡的进一步发展,提速比还有提升空间,此方法还适用于其他光学巡天观测图像的处理。

光学观测中太阳夹角的分析与计算

对影响光学观测效果的太阳夹角计算方法进行了研究;首先给出了太阳夹角的定义及计算公式;然后重点研究了太阳视位置的计算方法,比较了几种赤纬角计算方法,给出了一种改进的时角计算方法,实现了高精度的太阳视位置计算,并对其计算精度进行了分析;最后提出了在实际光学观测应用中的太阳夹角计算算法;实验表明,太阳视位置计算精度比传统数值近似方法高一个数量级,能够满足光学观测中太阳光照分析的需要。

平面标定法在闪电光学观测中的应用

针对闪电光学观测资料定量分析的需求,采用张正友平面标定法结合便携式平面靶标,实现了闪电外场试验中光学观测设备的现场标定,为消除光学系统成像畸变对闪电通道特征分析的影响提供了一种便捷的途径。使用此方法对广州高建筑物雷电观测站(TOLOG)的6套闪电光学观测设备进行了标定,结果表明:光学观测设备搭载同类型镜头时,焦距越短图像的畸变越明显;图像中视线与光轴的夹角越大,径向畸变的影响越明显,采用鱼眼镜头获得的闪电通道图像在靠近边缘的位置畸变的影响会超过25%;通过对配备焦距为8mm鱼眼镜头的单反相机以及配备焦距为8 mm广角镜头的高速摄像机同时获取的闪电光学同步资料进行畸变校正后,发现获取的图像畸变校正前后闪电通道总体长度差异分别为12.9%和4.5%;经过畸变校正后不同设备获取的闪电通道图像比原图拥有更好的一致性。