[发明专利]一种三要素模型描述空间目标光学散射特性的方法

权利要求书

1.一种三要素模型描述空间目标光学散射特性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、获取空间目标的光度数据；

步骤二、构建卫星三维模型，三维模型包含三个部分，一是方形的卫星本体，卫星本体表面视为朗伯材质，反射率待定；二是卫星帆板，表面包覆空间目标帆板常用材质；第三部分为镜面反射部件，镜面反射部件表面包覆镜面反射材质，镜面反射部件的指向待定，初始时设定很小的面积；

步骤三、由空间目标的轨道数据解析观测过程中太阳、测站和空间目标三者相对位置序列，目标姿态为三轴稳定对地定向；

步骤四、将卫星本体表面反射率设定一个初值，镜面反射部件初始指向为对地方向，将卫星三维模型和位置序列输入目标OCS计算程序，计算当前本体反射率下目标的光度曲线，计算过程中卫星的帆板追踪太阳；

步骤五、调整卫星本体反射率，在不考虑镜面反射部件的散射特性的条件下，使得步骤四得到的光度曲线与实测光度曲线的平均误差最小；

步骤六、在实测数据出现镜面反射现象的时刻，抽取该时刻下太阳、目标和测站的相对位置关系；

步骤七、由光的反射原理，根据镜反时刻太阳、目标和测站的相对位置关系解析出镜面反射部件的指向，指向的描述采用欧拉角；

步骤八、根据步骤七解析出的镜面反射部件的指向，在三维模型中将镜面反射部件的方向转至该指向；

步骤九、根据步骤五确定的本体反射率和步骤八确定的镜面反射部件的指向，调整镜面反射部件的面积，拟合实测数据镜面反射部件的散射特性，完成对含有镜反现象的空间光学散射特性的描述；

步骤四中，空间目标OCS计算程序采用基于OpenGL拾取技术实现快速获取可见面元信息，以计算目标的OCS值；其中OCS定义式为：

S_OCS＝∫_Af_r(θ_i,θ_r,ψ)cosθ_icosθ_rdA

式中：A为有效面元的面积；f_r(θ_i,θ_r,ψ)为点目标的BRDF；dA为第k个面元的面积；θ_i为入射天顶角，即dA的单位法向矢量n_k＝(x_kn,y_kn,z_kn)与dA至太阳的单位矢量s_k＝(x_ks,y_ks,z_ks)之间的夹角；θ_r为反射天顶角，即n_k与dA至探测系统的单位矢量d_k＝(x_kd,y_kd,z_kd)之间的夹角；ψ为观测方位角，即s_k与d_k在面元上的投影s'_k与d'_k的夹角；

对于反射率为ρ的朗伯体目标，其各向BRDF值相同，即f_r(θ_i,θ_r,ψ)＝ρ/π；当已知入射及出射角、面元面积、面元法向矢量和面元的BRDF值时，可以准确地计算出每个面元的OCS值，通过累加即可得出目标整体的OCS值；采用等效视星等来表征天体或航天器的亮度，星等与OCS的关系为：

式中：m为星等，R为探测器与目标的距离；

步骤四中，在选取空间目标表面包覆的材料的BRDF模型时，采用针对菲涅耳反射现象进行改进的Phong模型，其表达式为：

式中：ρ_d和ρ_s分别为材料的漫反射系数和镜面反射系数；α为镜向指数；cosθ_i为修正漫反射项，用以调节镜面的反射强度，θ_i为入射天顶角；β为观测方向与镜面反射方向的夹角，β＝min{π/2,β}；a＞0，用以调节菲涅耳现象的强度；b＞0，用以调节镜面反射分量的增降速度。

2.如权利要求1所述的三要素模型描述空间目标光学散射特性的方法，其特征在于，步骤一中，所述的空间目标的光度数据由地基望远镜观测的方式获取，或者实验室模拟实际观测场景测量缩比模型获取光度数据。