空间碎片是人类在航天活动中遗留在空间的废弃物,包括火箭残骸、退役航天器及航天器碰撞后产生的碎片等。空间碎片的数量逐年增长,不仅使轨道资源变得非常稀缺,也大大增加了航天器碰撞的风险。时至今日,空间碎片已成为全球关注的热点问题,如果不加干预,空间碎片将成为限制人类空间探索活动的根本问题之一。空间监测是空间态势感知的内容之一,是空间态势感知的重要支撑。空间碎片的地基光学观测是国内外学者研究的重要课题之一。人们可以通过地基光学望远镜的观测来得到空间碎片的光度信息。空间碎片的光度观测,在空间碎片的跟踪、识别、分类等方面有着重要的应用。由于观测设备、天气、可见期等观测条件的限制,地基光学望远镜的数据采集会受到影响。空间碎片的研究需求不同,其观测模式也会不同。有时需要多个目标的短时间观测,有时需要针对个别目标进行长期的长时间观测,有时需要多个观测站的联合观测,特别是对一些特殊的现象,只能在特殊现象发生并在能观测的条件下才能获得观测数据。针对某种研究需求,我们想要获取空间碎片的光度数据,需要耗费大量的时间和设备资源,因此,本文提出了一种模拟光度数据的方法,来解决某些实测数据不足的问题。本文主要包括以下内容:首先,介绍了空间碎片的轨道和姿态。文章中给出了空间碎片轨道的两种表达方式,即笛卡尔根数和开普勒根数,通过数学公式的推导,给出了两种轨道根数的转换公式;介绍了空间碎片的坐标系统以及他们之间的转换关系,包括地心惯性坐标系、地心固连坐标系、轨道坐标系和本体坐标系;介绍了空间碎片的三种姿态描述方式,即欧拉角、YPR角和四元数,并推导得到了三种姿态的转换公式。其次,根据空间碎片的光学散射特性,结合其形状、轨道、姿态、材质等特性,建立了空间碎片的光度模型。分析了空间碎片的光变机制,为建模提供了理论支撑;借鉴微小面元理论确定了空间碎片的形状,利用TLE轨道预报模型确定了空间碎片的位置,利用四元数来表示空间碎片的姿态,分析了各种BRDF模型的特点后,选择了Ashikhmin-Shirley模型,建立了空间碎片的光度模型。然后,分析了光度模型中的各种参数对空间碎片光度的影响。通过控制变量法,分析了形状参数、轨道参数、姿态参数、BRDF模型参数以及测站地理位置对仿真光变曲线的影响。通过对仿真光变曲线的分析对比,表明了形状参数的变化会影响仿真光度的变化;不同的轨道会呈现出不同形态的光变曲线,同一轨道高度的光变曲线形态会存在相似性;姿态参数对光变曲线的影响较大,光变曲线的形态与姿态模式有关;BRDF模型参数与峰值现象有关,Phong模型参数（nu、nv）越大,镜面反射参数（Rs）越大,峰值现象越明显;测站的经度决定峰值位置的时间,纬度决定是否出现峰值以及峰值的大小。最后,选取了真实的航天器,来验证仿真模型的可靠性。介绍了导航系统的姿态控制模式;选取了GPS卫星和国内某GEO卫星为仿真对象,将仿真观测数据与真实的观测数据进行对比,还分析了国内某GEO卫星一年的仿真光变曲线变化情况。同时,对国内某GEO卫星的旋转状态和转动状态进行仿真,分析相关结果。仿真结果表明:在正常运行模式下,仿真的光变曲线与实测的光变曲线基本吻合;在旋转状态下和转动状态下,仿真的光变曲线与其设置的状态也基本对应。