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基于STK平台空间目标光散射特性仿真

作　者: 金岩
导　师: 吴振森
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 光学
关键词: 光散射空间目标 STK BRDF LRCS
分类号: O436.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文研究了目标的激光和可见光谱散射特性,结合STK软件系统数值仿真了运动空间目标的可见光谱散射特性。以粗糙面电磁散射理论为基础,从可见光谱双向反射分布函数角度,测量分析了卫星包覆材料和太阳能板的反射率谱,计算了空间目标可见光谱散射强度,讨论了卫星表面的BRDF值与入射波长、表面材料特性的影响。测量了不同材料空间目标模型材料表面的光谱BRDF,数值计算了简单目标和组合目标的激光和可见光谱散射强度空间分布,分析了不同包覆材料对可见光谱散射强度和激光散射强度角分布。论文介绍了大型仿真软件STK系统,以场景生成技术为基础,阐述了数据可视化的实现过程。推导了空间目标的各个坐标系的转换矩阵公式以及欧拉角和四元数的转换矩阵,将空间运动目标轨道和姿态数据转换成了可以在STK软件当中应用的数据。将目标光散射软件模块嵌入到STK系统中,计算了不同观测点测算到的空间运动目标可见光谱散射强度,分析了不同包覆材料对于空间运动目标的光散射强度的影响,初步实现了基于STK平台下空间运动目标光散射特性的演示与仿真。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 有关空间运动目标的研究状况  11-14
    1.2.2 综合场景生成模型  14-16
  1.3 论文组织结构  16-17
  1.4 论文的主要研究成果  17-20
第二章场景生成技术基础  20-26
  2.1 引言  20
  2.2 可视化  20-24
    2.2.1 数据可视化  22-23
    2.2.2 数据可视化的过程  23
    2.2.3 科学计算可视化处理的数据  23-24
  2.3 小结  24-26
第三章目标表面光散射特性  26-50
  3.1 粗糙面的光散射理论  26-33
    3.1.1 基本概念及定义  26-30
    3.1.2 各辐射量之间的关系  30
    3.1.3 粗糙面的散射理论  30-33
  3.2 目标表面光学特性  33-35
  3.3 卫星涂层表面粗糙度的测量  35-36
  3.4 空间目标双向反射分布函数的测量与计算  36-38
  3.5 空间目标可见光散射和激光散射研究  38-49
    3.5.1 空间目标LRCS的计算  38
    3.5.2 BRDF五参数模型  38-40
    3.5.3 太阳光入射时目标材料表面的平均BRDF  40-42
    3.5.4 简单弹头模型的LRCS计算  42-46
    3.5.5 空间目标可见光散射强度的计算  46-47
    3.5.6 不同时间对目标散射光强度的影响  47-48
    3.5.7 不同材料对目标散射光强度的影响  48-49
  3.6 小结  49-50
第四章 STK软件介绍和主要功能使用  50-56
  4.1 STK软件简介  50-51
  4.2 STK基本模块  51-52
    4.2.1 基本模块的简介  51
    4.2.2 基本模块的作用  51-52
  4.3 三维显示模块STK/VISUALIZATION OPTION(STK/VO)  52
  4.4 连接模块与服务器  52-54
    4.4.1 STK/Connect简介  52-53
    4.4.2 Connect使用的平台环境  53
    4.4.3 VC连接中的实际应用举例  53-54
    4.4.4 简述Matlab与STK的连接  54
  4.5 小结  54-56
第五章基于STK平台空间运动目标姿态的四元数描述  56-74
  5.1 航天器的轨道动力学  56-57
  5.2 空间运动目标轨道要素  57-59
    5.2.1 二体轨道特性  57-58
    5.2.2 空间运动目标姿态的描述  58-59
  5.3 四元数的定义和性质  59-63
    5.3.1 四元数定义  60
    5.3.2 四元数变换  60-63
  5.4 基于STK平台空间运动目标轨道坐标系  63-68
    5.4.1 试验轨道坐标系轨道数据  63-64
    5.4.2 坐标系定义  64-65
    5.4.3 空间运动目标位置和速度的坐标系变换  65-66
    5.4.4 把空间运动目标位置从发射坐标系变换到地心坐标系  66
    5.4.5 把空间运动目标速度从发射坐标系变换到地心坐标系  66-67
    5.4.6 地心坐标系下的坐标值和速度值结果  67-68
  5.5 目标坐标系相对地心坐标系的欧拉角  68-72
    5.5.1 定义目标坐标系相对地心坐标系的欧拉角  68-69
    5.5.2 从地心坐标系变换到目标坐标系的欧拉角变换  69-71
    5.5.3 目标坐标系相对地心坐标系的欧拉角  71-72
  5.6 把目标坐标系相对地心坐标系的欧拉角转换为四元数  72-73
    5.6.1 按先偏航后俯仰再滚动的次序  72
    5.6.2 按先俯仰后偏航再滚动的次序  72
    5.6.3 姿态欧拉角转换成四元数  72-73
  5.7 小结  73-74
第六章空间运动目标光散射模块的嵌入  74-96
  6.1 VC与STK的同步计算方法  74-76
    6.1.1 各系统的时间同步  74-75
    6.1.2 两种历元时刻方法  75-76
  6.2 布置实际计算模块嵌入到STK  76-87
    6.2.1 初始化Connect模块  76
    6.2.2 输入/输出命令格式  76-77
    6.2.3 STK/Connect连接过程  77-80
    6.2.4 轨道及姿态的计算结果嵌入  80-87
  6.3 基于STK平台的空间运动目标可见光光散射计算  87-93
    6.3.1 空间运动目标的飞行情况分析  87-89
    6.3.2 空间运动目标的可见光散射计算模块嵌入及计算结果  89-93
  6.4 小结  93-96
第七章结束语  96-98
致谢  98-100
参考文献  100-104
附录A STK的相关内容  104-108
  1 STK软件中的模型  104
  2 STK在传感器仿真上的应用  104-105
  3 卫星传感器的链路分析  105
  4 STK当中的姿态控制  105
  5 STK的航空场景设计  105
  6 STK在弹道导弹飞行仿真方面的应用  105-106
  7 STK与地面战场仿真  106-108
附录B 相关软件与STK的连接实例  108-110
  1 添加地面站的源程序主代码如下  108
  2 Matlab与STK连接的实例举例  108-110
附录C 相关坐标系的变换  110-120
  1 欧拉角式  110-112
  2 欧拉四元数(素)式  112-114
  3 卫星轨道要素  114-117
  4 一般坐标系之间转换矩阵  117-120
攻读硕士期间科研情况  120-121

基于STK平台空间目标光散射特性仿真

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