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。

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。

角锥棱镜的入射角及有效反射面积分析

基于角锥棱镜的基本结构及定向反射的光学特性,证明了同一光束出射点与入射点的对称关系以及不同入射光束出射点与对应顶点投影点的偏移量关系。推导出不同入射条件下角锥棱镜最大入射角及有效反射面积的理论计算方法,并给出最大入射角随方位角和折射率变化的规律图线及有效反射面积随入射角、方位角、折射率变化的规律图线。研究为角锥棱镜阵列的有效反射面积、回波能量的计算、误差分析等提供理论基础,且对正确设计使用角锥棱镜具有重要的理论指导意义。

关于在厘米波段中计算目标有效反射面积的论点

本文对某些文献上关于计算有效反射面积和无线电波漫射性反射面积所引用的错误观点发表评述,并指出在某些文章里引证的关于有效反射面积和空用景像雷达机天线指向系数的公式是不够精确的。关于目标有交反射面积 S?的概念。

星载激光反射器阵列的有效反射面积分布的计算

星载激光反射器的有效反射面积直接影响卫星激光测距的回波强度,反射器阵列的形状决定了有效反射面积的分布.推导了星载不同倾角的角反射器在不同天区的有效反射面积的计算公式,并以神舟四号轨道舱的类圆台形的激光反射器阵列为例,给出了有效反射面积分布的数值计算结果.

一种角反射体雷达散射截面积的高频预估算法

几何光学/区域投影(Geometrical Optics/Area Projection,GO/AP)法是一种综合利用GO和AP进行电大尺寸目标单站雷达散射截面积(Radar Cross Section,RCS)预估的高频混合算法.文章推导建立了利用GO/AP法进行RCS预估的通用流程,计算出不同入射方向下三角形三面角反射RCS的完整表达式;将其与RCS最大值的经验公式以及FEKO软件的仿真结果进行对比,验证了GO/AP法的可行性;在边界入射方向对GO/AP算法进行改进,进一步拓宽了GO/AP法对观察角的适应范围.

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。

星载激光反射器的斜置角设计

星载激光反射器是开展卫星激光测距观测的主要卫星载荷，用于为激光测距提供观测目标，其有效反射面积与卫星激光测距的测量距离、观测成功率有直接关系。本文分析了星载激光反射器斜置角、地面观测站位置对观测效果的影响，对星载激光反射器的斜置角进行设计，并通过模拟计算进行设计验证，为星载激光反射器的研制提供了设计依据。

星载激光测距合作目标的反射特性及布局设计

星载激光测距合作目标是开展卫星激光测距观测的主要卫星载荷,用于为激光测距提供观测目标,其有效反射面积与激光测距系统的观测成功率有直接关系。近年来随着应用需求的不断增加,我国星载激光测距合作目标的设计制造能力不断提高,不仅为北斗卫星、资源卫星、神州四号留轨舱等目标的精密定轨提供了可靠的观测目标,同时还成功应用于目标对接、目标指示等特殊领域。本文分析了星载激光测距合作目标的布局对有效反射面积的影响,进行了设计实例分析,为其他同类合作目标的设计提供了参考。

具有面形误差的角反射器反射特性研究

通过采用矢量光学和光线追迹算法来建立具有面形误差角反射器的几何光路模型,可以得到各种面形误差、不同入射角和不同底面切割形状的有效反射面积;通过蒙特卡洛法对夫琅禾费衍射进行模拟,可以得到角反射器的远场衍射能量分布模型。针对三角形切割的球面面形误差的角反射器,介绍了角反射器内部光线路径和蒙特卡洛衍射,给出了具有不同球面面形误差的有效反射面积和衍射分布。以上分析手段可以为特殊用途角反射器、相位补偿和光行差角补偿等方案提供结构设计、优化和校验。

卫星激光测距角反射器阵列的设计

论证了角反射器单体无法满足低轨道大跟踪弧段轨道卫星全观测范围内的激光测距任务要求,针对半球形类圆台结构的角反射器阵列进行了模拟计算,得出阵列的角反射器单体个数为9的结论和阵列中单体的排布方式。

激光光幕的弹丸反射能量建模与仿真

针对传统光幕靶探测性能低下容易造成目标丢失的问题,文中基于激光光幕靶探测机理建立一种含有时空信息的弹丸反射能量计算模型。通过弹丸穿过激光光幕位置信息,结合弹丸反射特性,构建弹丸辐射亮度计算模型;根据弹丸长度和激光光幕厚度的关系,分析弹丸在不同时空分布的反射面积,推导出弹丸穿过激光光幕的反射能量模型。通过理论模型进行定量计算和仿真分析。研究结果表明:弹丸有效反射面积随着过幕时间先增加,后保持不变,再逐渐减小,弹丸反射能量随着有效反射面积呈现相同的变化趋势同时,弹丸表面反射能量随着探测距离增加而减小;模拟实验结果与仿真分析一致。

机载光学角反射器阵列的结构设计

分析了单个角反射器入射激光入射角度、角反射器底面直径对回波能量的影响;分析了激光相对角反射器底面入射角度随载机位姿变换的变化规律;针对实验过程比较分析了不同结构角反射器阵列的回波能量分布;依据实验需求优化了角反射器阵列结构;设计了可靠、经济的角反射器阵列。为类似角反射器阵列的设计提供了帮助。

用角反射器作空中靶标的几个问题

本文讨论用角反射器作为对空无线电引信试验靶标的有关问题。从角反射器的幅度反射特性入手,讨论了角反射器与飞机之间的等效关系,列举有关测试结果,并以实际无线电引信场试验说明角反射器作为空中?标的可行性。

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。

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。

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。

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。

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。

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.