【摘 要】
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随着航天技术迅速发展,在轨卫星对地面目标的侦查能力日益增强,太空军事化趋势越来越明显,严重影响国际战略的稳定及平衡。亟需对此类人造卫星进行地基全天时探测成像,并掌握其材质组成等细节信息,从而为空间预警、信息对抗提供技术支撑,有力保障我国的太空安全。本文针对地基光学系统白天时刻因强烈背景噪声影响而无法对侦查卫星有效预警识别问题,开展了偏振双向反射分布函数（p BRDF）建模、典型卫星表面材料近红外偏
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随着航天技术迅速发展,在轨卫星对地面目标的侦查能力日益增强,太空军事化趋势越来越明显,严重影响国际战略的稳定及平衡。亟需对此类人造卫星进行地基全天时探测成像,并掌握其材质组成等细节信息,从而为空间预警、信息对抗提供技术支撑,有力保障我国的太空安全。本文针对地基光学系统白天时刻因强烈背景噪声影响而无法对侦查卫星有效预警识别问题,开展了偏振双向反射分布函数（p BRDF）建模、典型卫星表面材料近红外偏振特性实验及仿真分析、天空背景偏振建模与仿真分析,在此基础上提出了近红外H波段（1.5～1.8μm）滤波成像技术与偏振成像技术相结合的探测方案,实现空间目标地基全天时多维度探测。具体内容如下:首先基于微面元模型,综合考虑镜面散射与体散射的组合来表征目标材料表面的散射特性,建立了一种更完善的多参量p BRDF模型,并推导出适用于粗糙材料表面光学反射偏振度表达公式。对模型准确度进行验证后,开展了典型卫星表面材料近红外偏振实验测试,利用遗传算法从实验数据中反演卫星表面材料多参量数值进而得到了偏振度仿真曲线。实验及仿真结果表明,不同卫星表面材料近红外偏振特性有较大差异,偏振成像技术可有效区分目标材质。其次基于天文和地平坐标系,建立了天空背景偏振Rayleigh散射模型。并针对天空背景分布由三维直接向二维垂直映射时存在的畸变,采用了复球面映射理论来正确表述天空背景理论偏振分布特性。在此基础上总结分析了天空背景偏振特性分布规律,为空间目标地基近红外偏振成像技术的天空背景噪声影响及成像效果研究提供了理论依据。最后针对空间目标地基全天时成像识别需求,开展了基于微偏振片实时偏振成像技术的系统总体方案设计,对方案中各项技术指标进行了研究选定,包括探测波段H波段（1.5～1.8μm）、近红外滤波器及探测器的选取。设计了1.8m口径的地基望远光学系统,系统调制传递函数（MTF）在奈奎斯特频率34lp/mm处较好地接近衍射极限。通过仿真验证了此系统方案在500km处满足0.6m的成像分辨率,白天时刻极限探测能力可达11.13星等,并在一定条件下可极大程度地提升目标-背景对比度,可为地基光学系统对空间目标全天时成像识别提供重要依据。
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