基于SLR系统的APD单光子计数方法空间目标自旋参数测定研究

Space situational awareness is the basis of understanding space threats and ensuring space security, it is highly valued by the aerospace countries in recent years. As an important property, spin parameters of space objects can reflect its motion and attitude in orbit, which will improve the orbit accuracy of space objects. The accurately determination of spin parameters has great practical significance for space surveillance and target monitoring. Now the research about spin of space non-cooperation targets mainly use the photometric method, and the photometric method mainly use photometer method and CCD measurement. But the accuracy and the algorithm stability of these methods need to be improved. This project intends to use the technology of APD single photon counting and SLR to count the photons from the reflection of space targets based on the SLR system to require the high resolution light curve and realize the spin parameters measurement. A single photon photometric measurement system will be established on the SLR system by the mathematic fitting of the obtained high resolution light curve, and a photometric optimization algorithm for real-time application. And the analytical method is mainly fourier transform and autocorrelation function. This project will provide the new method of determination of the spin parameter of space objects, which is based on the high resolution light curve of APD single photon counting and SLR system. It can lay the foundation for improving the accuracy of the spin parameters of space objects and has a very broad application prospect.

空间态势感知是了解与应对空间威胁、确保空间安全的基础，近年来受到航天国家高度重视。通过测量空间目标自旋参数，可以判断空间目标在轨的运动状态和姿态，提高空间目标轨道精度，对空间目标探测具有重要现实意义。目前，空间非合作目标的自旋研究主要利用光度测量方法，光度测量手段主要采用光度计法和CCD测量法，其精确性和算法稳定性有待提高。本项目拟基于卫星激光测距系统，利用APD单光子计数技术与SLR并行工作对空间目标漫反射的太阳光子进行计数，获取高时间分辨率的光变曲线，实现空间目标自旋参数的测定。主要是在SLR系统上构建空间碎片单光子计数光度测量系统，利用获取的高分辨光变曲线进行数学分析，通过傅里叶变换，自相关函数方法来分析数据，提出面向实时应用的光度优化算法。完成后获得基于SLR系统的APD单光子计数高分辨光变曲线拟合计算空间碎片自旋参数的新方法，为提高目标自旋参数精度奠定基础，具有广阔的应用前景。

随着航空航天技术的飞速发展及全球对太空资源的持续开发与利用，导致空间碎片数量急剧增加，空间碎片会对在轨运行航天器造成巨大威胁。因此，空间目标精密跟踪与预警是目前研究的重要课题，空间态势感知是了解与应对空间威胁、确保空间安全的基础，近年来受到航天国家高度重视。通过开展空间目标自旋参数的测量研究可以判断空间目标在轨运动状态和姿态，提高空间目标轨道精度，对空间目标探测具有重要的意义。.本项目主要是基于长春站现有的卫星激光测距系统，增加了单光子探测器和时间测量系统，与现有的望远镜、高精度时钟、控制计算机及监视设备等共同组成空间目标激光测距系统，开展卫星激光测距和空间目标光度测量实验。主要完成了单光子探测器特性的研究，单光子计数空间目标光度测量光学系统的设计和单光子计数时间测量系统的研究，以及实验目标的选取和数据处理方法的研究。利用实验系统获取了天空背景、亮恒星、卫星回波等多种目标的光度测量结果。从测量的结果中可以得出天空背景噪声随着天气变化，在长春站夜间有云的天空，背景噪声可以达到6.6等。对北极星的测量星等是2.0星等，基本符合理论星等。对LAGEOS卫星的回波测量可以达到2.6星等，Starlette卫星的回波可以达到0.9星等。同时对TOPEX、COMPASS-G2等空间目标进行了数据采集，经过对数据结果处理和分析，它们的自旋周期约为11.4秒和7.2秒，利用高重频激光测距数据进行了比较，自旋周期基本相符。.本项目的研究将为下一步空间目标姿态的研究，以及空间目标的科学描述和分类，为未来的空间碎片的主动清除提供必要的有关其运动状态的可靠信息，为空间非合作目标的分类与识别提供科学依据，具有重要的研究价值和现实意义。减小对在轨运行航天器的威胁，对空间安全具有重要意义。将为我国的航天事业、国防建设以及国家和地方的经济发展做出重大的贡献。

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