全球GEO卫星光度特征库的建立及共视目标光度的精确建模

Geosynchronous earth orbit (GEO) satellites are widely used in every aspect for high orbit and static features. At present, close monitoring of GEO targets is necessary for the safety of spaceflight activities because of the dense distribution and diversity of motions of GEO targets. Observations of GEO targets are generally restricted to the ground-based optical regime. Brightness, one of the intrinsic characteristics, could inversely evaluate the size, shape, attitude and features of surface materials. However, GEO cluster is normally presented during optical observations. As to this problem, brightness of the targets in the cluster can be applied to identify them effectively. In the past observations, the number of GEO targets observed is small, and the type is single. Moreover, just one telescope is involved to observe the GEO targets, which does not consider the reflecting properties of different observation geometry. This project will firstly establish the open photometry database of GEO targets for the application research of photometric characteristics based on the global monitoring network of GEO satellites. Then, we will apply the three telescopes affiliated with drift-scan CCD cameras of China and Ukraine, to perform the joint observations of 41 GEO satellites above the three stations and construct a precise model of photometry to study the photometric properties of different sites during the whole phase angle and improve the precision of parameters. The corresponding research results will significantly strengthen the supervision and identification abilities of our country to GEO targets.

地球同步轨道卫星因其高轨静地特性，在各方面得到广泛应用。GEO目标分布密集，且运动形式多样，有必要开展精密监测。地面光电设备是开展同步轨道监测的主要手段。光度是空间目标的特征之一，它能反映出空间目标的尺寸、形状、姿态变化以及表面材料性质。当前同步轨道目标光度观测研究中，观测目标数量和目标类型较少，且观测资料均来自于单一观测设备，在研究目标亮度随相位角的变化时未考虑目标不同观测几何的反射特性。本项目将依托GEO空间目标全球光度监测网，首先建立开放的全球GEO空间目标的光度特征数据库，为卫星平台的光度特性应用研究提供第一手测量数据。同时，利用国内望远镜和乌克兰尼古拉耶夫望远镜开展共视GEO卫星的联合观测，以研究目标在整个相位角范围内不同观测点各个表面组合的光学特性，为共视GEO目标的光度特性建模提供更多的观测数据，提高参数的解算精度。相关研究成果将显著增强我国对GEO空间目标的监测和识别能力。

地球同步轨道（GEO）卫星因其对地覆盖面广，可全天时对地面实施侦察、通信，具有重要的价值和用途。据统计，目前在轨的GEO目标约1200余颗，分布较为密集，且运动形式多样，导致空间事件频发。鉴于此，上海天文台研究团队建设了“GEO空间目标全球光电监测网”，来实时监测GEO目标的动态变化。大量的测光观测数据为本项目的研究提供了第一手的资料。本项目按计划展开研究，完成了以下研究内容：.1）研究了两颗联测卫星29163和39500为期四个月的长期光度变化，发现二者的长期亮度变化主要是由太阳赤纬角的变化和定期的轨道机动引起的，因此引入修正角代替相位角来消除太阳赤纬角对卫星亮度的影响，改正后的修正角序列光度曲线在更接近0°时达到亮度峰值，且光度曲线在峰值点处不存在整体偏移。进而分析了两颗卫星的太阳能帆板偏置角（offset）变化,确定其太阳能帆板offset约为4°。利用参考星评估佘山1.56m望远镜、骊山50cm望远镜和尼古拉耶夫50cm望远镜的测光精度分别为0.15 mag、0.13mag和0.11mag。.2）基于FocusGEO望远镜2017年12月至2019年6月的测光观测数据，开展台站上空GEO目标的光度曲线的分类研究，建立了GEO目标光度曲线数据库。本研究通过对GEO卫星光度曲线特征的统计分析，建立了628个GEO目标的光度曲线数据库，并建立了一种新的GEO卫星分类系统，将197 颗GEO卫星的光度曲线分为六类，其中约90% 的卫星可归为三类：典型类、BSS 类和Ekspress类。对光度特征类别与卫星平台的相关性分析表明，二者之间无直接的相关性，但同一类别中平台相同或相近的卫星，具有相似的光度曲线。对该分类系统中卫星的太阳能帆板offset进行了统计分析，发现偏置角分布在±15°之间，且多集中在±5°之间。.3）建立了基于Phong模型的精确光度模型，对北斗卫星的光度曲线仿真结果与实测吻合较好，并分析了卫星各个面元的反照率变化，呈现了太阳能帆板的镜面反射效应。精确光度模型的建立是开展反演研究的前提，对基于地基观测光度信号的空间目标关键特征反演技术的发展具有重要意义。.总而言之，本项目研究成果可为位置相近的多个GEO 目标的准确识别提供辅助手段，为卫星的运行状态判别、物理特性研究、空间事件发现和预警分析提供有价值的信息，对空间态势感知具有重要意义。