[发明专利]地气杂散光对低轨空间相机的杂散光照度分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于点目标的地气杂散光引起的低轨空间相机光学遥感器像面的杂散光照度的计算方法，具体涉及一种把地球看做扩展面杂光源的杂散光照度计算方法。

背景技术

在低轨空间环境中存在大量的碎片与残骸等人造空间目标，严重威胁空间飞行器的飞行安全，并且对新卫星的发射也存在潜在的威胁，因此，对低轨空间目标进行光电探测与识别具有重要的意义。空间目标本身不发光，只能利用其反射太阳光的特性进行探测，因此目标信号较弱，并且由于目标的尺寸小，在探测器靶面上成点像，与背景对比度较小。为了使光电探测系统满足一定的信噪比，实现对目标的探测，要求光电探测系统具有很高的杂光抑制能力。

对于空间相机，工作时视场外的太阳光、地物散射光和大气漫射光等外部辐射源可能直接或间接地在探测器像面形成杂光，产生假信号，使观测相机像面的对比度和信噪比下降，降低其探测性能，某些情况下甚至会造成系统失效，故正确分析这些杂光源在相机像平面的杂光照度至关重要。

在空间光学遥感器杂光分析中，通常把杂光光源作为空间相机视场外的点光源来分析其在像平面的杂光照度。对于太阳、月光等强烈的杂光源，由于距离空间相机很远，可以作为点杂源来计算其对相机的杂光影响，但对于作为重要杂光源的地气杂散光，由于卫星高度只有几百公里，远小于地球半径，目前将地球作为点杂源进行计算，造成的结果是其在相机入口的照度值的相对误差已经大于10％，甚至因误差过大而无法进行计算分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种地气杂散光对低轨空间相机的杂散光照度分析方法。以克服现有方法存在的计算误差大、甚至无法检测的缺点。

为克服现有技术存在的问题，本发明提供了一种地气杂散光对低轨空间相机的杂散光照度分析方法，依次包括下述步骤：将地球球面分为若干单位面元以作为点杂源，面元的边长远小于卫星轨道高度；根据立体角投影定理将地球球面简化为平面模型，用于简化面积分计算的复杂度；确定平面M内的有效杂光区域，用于确定对空间相机光学遥感器像面的杂散光有效区域；计算有效杂光区域内各面元在空间相机入口垂直于入射方向的照度ΔE_s；计算空间相机在不同方位角和离轴角下对应的点光源透过率系数PST(ω,α)值；计算平面M内有效杂光区域的地气光在像面的杂光照度E_杂=∑ΔE_s PST(ω,α)。

本发明不再把地球看成一个点杂源，而是将其作为一个扩展面杂光源来进行检测分析，因此与现有技术相比，本发明的优点是：

1、考虑因素全面、精度高：当目标点与圆盘朗伯辐射体的距离小于10倍圆盘半径时，按点杂源计算的辐照度相对误差大于10％，相机的高度只有数百公里，远小于地球半径（约为6370km），故现有的基于点杂源的计算方法误差非常大；本发明把地球作为扩展面杂源计算地气杂散光引起的低轨空间相机光学遥感器像面的杂散光照度，考虑因素全面，因此精度显然远高于现有方法。

2、本发明中采用立体角投影定理把地球球面模型简化为平面模型，在计算精度影响很小的情况下，简化了计算的复杂性。

3、可用于地气杂散光在光学遥感器入口（遮光罩）处的杂散光分析，为光学遥感器的光学系统设计提供杂光干扰分析依据。

附图说明：

图1是建立的相机杂光分析模型图；

图2是地球背景杂光分析示意图； 

图3是地球有效杂光区域示意图； 

图4是利用立体角投影定理投影后的平面简化模型图；

图5是面元亮度计算简图；

图6是相机视场外的离轴角PST曲线。

附图标记说明如下：

1-地球    2-空间相机

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做详细说明。