星空背景的建模与仿真

星空背景的建模与仿真引言利用计算机仿真技术生成的动态场景图象已被广泛地应用于虚拟战场仿真、目标识别与跟踪、导弹寻的模拟等众多国防领域中，它为未来国家防御系统和军事装备体系的建立和拓展奠定了基础。其中，深空环境中星空背景的景象生成技术是实现对太空目标的识别与跟踪、导弹寻的等的关键技术之一。虽然美国、英国和法国等发达国家已经对深空环境的仿真进行了长期的研究，研制了相应的计算机模拟系统，并在高技术战争中发挥了巨大的作用，但我国针对深空环境的计算机仿真研究仍处于起步阶段。近年来，航天机电集团二院207所基于国际上公开发表的红外星表（IRASD的LRS数据）,对指定时刻的任意方向和任意大小视场探测器所看到的红外星空点源背景进行了背景建模和仿真研究。本文提出了一种基于星表数据的建模和仿真方法，模拟在任意观测时刻、任意观测地点观测到的星空背景。根据球面天文学知识，利用依巴谷星表，首先经过一系列时间转换，将所提供的星表历元时刻的恒星位置数据转换到当前指定时刻的位置数据，然后经过一系列空间坐标转换，将恒星视位置坐标统一转换到观测点坐标，得到恒星在指定时刻相对于观测者的视位置，最后利用星空背景建模的结果，绘制出了在不同的观测时刻和不同观测地点所观测到的星空背景。1.星空背景建模的总流程由于所采用的依巴谷星表的历元时间是2000年1月1日，也就是说，所得到的恒星位置数据相当于一个位于地心的观测者在没有大气的情况下在2000年1月1日所看到的恒星视位置，但需要的是在任意时刻、任意观测地点的恒星视位置，所以建模中最主要的就是时间和空间坐标的转换。从而需要先将2000年1月1日的星表位置数据转换到当前指定时刻的位置数据，再经过空间坐标转换，得到恒星在指定时刻相对于观测者的视位置。星空背景建模和仿真的流程框图如图l所示。启动程序启动程序输入观测时间和

观测地点经纬度等根据视点.计

算观测方向读取星麦戈件中的恒星数据.包括怛星在历兀时刻的平位置和星導，白行.视差等参数根据星等数据1计算点源照度:根据恒星在天文呦元时刚的平位置引算观测瞬间时测的平也置根据恒星在时刻的平位置计算怕星在时刻的真位置星空场量漫游星点的显乔:将相对于地心赤道坐标系的真位置:坐标转化到地平直角坐标融标根据视点.计

算观测方向读取星麦戈件中的恒星数据.包括怛星在历兀时刻的平位置和星導，白行.视差等参数根据星等数据1计算点源照度:根据恒星在天文呦元时刚的平位置引算观测瞬间时测的平也置根据恒星在时刻的平位置计算怕星在时刻的真位置星空场量漫游星点的显乔:将相对于地心赤道坐标系的真位置:坐标转化到地平直角坐标融标I_I:抿据观灌地点经第度.计尊恒星相;对于规测点的视位置坐标1——建模计算模块——1仿直模块图1星空背最建模和仿真的流稈框图2.恒星视位置的计算根据依巴谷星表所提供的恒星在星表历元时刻的平位置和恒星的自行、视差等参数，通过一系列的时间和空间的转换，可以计算在观测瞬间时刻恒星相对于观测点的视位置。时间的转换时间的转换是指将星表所提供的在历元时刻的恒星位置数据通过自行、岁差和章动等修正，转换到当前观测瞬间的恒星位置数据。首先建立标准历元t时刻的赤道直角坐标系，对恒星历元平位置(a,6)进行

自行修正，得到任意时刻t］时刻恒星相对于t0时刻赤道直角坐标系的位置(a'0,6'0):1ST=瓦+“皿-jd))进行岁差修正，归算然后将恒星相对于to时刻直角坐标系的位置(a'0，6到在tl时刻的真坐标(视位置坐标)(a”0,6”0):)进行岁差修正，归算cos^sinaf3皿)经过岁差修正：经过岁差修正：将岁差修正得到的直角坐标归算到tl时刻赤道坐标:<cas<jfcos略y\cos農ing3jin亦丿最后将恒星在tl时刻的赤道直角坐标位置进行章动修正，归算到在tl时刻的真坐标(视位置坐标)(a，6)：经过章动修正：乃=心应(-A轉)此俗妙将章动修正得到的直角坐标归算到tl时刻真坐标：7&諮005奸72=cos*5；sina〕<sin&」3.仿真结果利用提供的星表位置数据，根据上述建模方法，利用计算机图形学和OpenGL编程技术可以绘制出高度真实感的星空场景。我们编制了有关星空背景建模和仿真的软件，此软件根据用户输入的时间、地点等参数，对星表所提供的星表历元时刻的原始数据进行坐标转换和修正，得到当前观测时刻、当前观测地点的星空场景。但是，由于坐标转换和修正所需要的计算时间较长，为了实时交互地显示星空场景，可以把大量的处理放在预处理中进行，先根据输入的时间、地点等初始参数，得出当前的星空位置场景；在场景漫游过程中，只需在已有星空位置基础上加上随观测时刻和观测地点改变的位置改变量，提高了绘制星空场景的效率。利用上述软件，可以非常方便地绘制出在不同观测时刻，在不同观测地点所观测到的高度真实感的星空场景。图3(a)和图3(b)是模拟观测地点在北京和巴黎两个不同地点，观测时间都为2003年ll月10日12：00时刻的星空场景。图3(c)是在同一观测地点，在不同观测时刻观测到的星空场景。

用耳观测地点在JhSi硕时间为沁年IL月LD用耳观测地点在JhSi硕时间为沁年IL月LD口也饋U忖蛇E空垛罩图b则傩昌住巴1?豳常间为利乃印II月IM丨血00吋f*的座住朋弟北京20W年W月」了日不冋蜩I时剤的星空场条]左上;』：30佑1.:9:30,左下:1530：右下.2].舞、曲3忖具站卑4.结论通过上述基于星表的星空场景建模和仿真，可以方便地得到在不同时刻不同地点的星空场景，由于行星数据来源于真实的星表数据，根据球面天文学的知识，通过严格的时间和空间的坐标转换，从而使得绘制出来的效果在理论上和时间上都能较好地满足星空场景仿真系统的要求，为实现对深空环境的仿真奠定了坚实的基础。5.参考文献【1】焦立男.星空红外点源建模研究【D】,航天机电集团二院207所硕士，学位论文。2002,【2】孙晓昶，皇甫堪，以恒星位置为基准的运动平台上测控雷达精度，标校技术【J】，宇航学报，2002，23(3)：29—33【3】苗永宽.球面天文学【M】，北京：科学出版社，1983.【4】肖峰，球面天文学与天体力学基础【M】，长沙：国防科技大学出版社，1989【5】朱华统.