长春站非合作目标激光测距资料的定轨
不同推力下的非合作空间目标轨道机动检测
第３７卷第３期２０１６年３月 宇 航 学 报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓＶｏｌ．３７Ｍａｒｃｈ Ｎｏ．３２０１６不同推力下的非合作空间目标轨道机动检测崔红正１，刘文玲２，唐歌实１，宋柏延１，葛茂荣３（１．北京航天飞行控制中心航天飞行动力学技术重点实验室，北京１０００９４；２．北京电子工程总体研究所，北京１００８５４；３．德国地学研究中心，波茨坦１４４７３） 摘 要：针对非合作空间目标轨道机动检测问题，创新性地提出具备普适性的不同推力下的轨道机动检测算法与检测流程。
首先给出不同推力作用下轨道机动动力学模型，在此基础上提出普适性轨道机动检测策略，包括：全模型地基与天基观测数据仿真策略，数据处理软件平台，脉冲推力、连续大推力与连续小推力轨道检测算法与流程，精度评估策略。
该策略利用不同推力作用下的检测算法与流程，可以满足多数非合作目标轨道机动检测需求。
结合地基与天基观测数据，仿真分析不同推力下的非合作目标轨道机动检测情况与轨道精度恢复情况，结果表明该策略能对轨道机动进行有效检测，为工程实际提供了有益借鉴。
关键词：轨道机动检测；非合作目标；脉冲推力；连续大推力；连续小推力；天基与地基观测中图分类号：Ｖ４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００ １３２８（２０１６）０３ ０２５３ ０９ＤＯＩ：１０．３８７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００ １３２８．２０１６．０３．００２ＤｉｆｆｅｒｅｎｔＴｈｒｕｓｔＭａｎｅｕｖｅｒｓＤｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＵｎｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅＳｐａｃｅＯｂｊｅｃｔｓＣＵＩＨｏｎｇ ｚｈｅｎｇ１，ＬＩＵＷｅｎ ｌｉｎｇ２，ＴＡＮＧＧｅ ｓｈｉ１，ＳＯＮＧＢａｉ ｙａｎ１，ＧＥＭａｏ ｒｏｎｇ３（１．ＦｌｉｇｈｔＤｙｎａｍｉｃｓＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＣｏｎｔｒｏｌＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８５４，Ｃｈｉｎａ；３．ＧｅｒｍａｎＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｐｏｔｓｄａｍ１４４７３，Ｇｅｒｍａｎｙ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｄｅｔｅｃｔｍａｎｅｕｖｅｒｓｏｆｔｈｅｕｎｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｓｐａｃｅｏｂｊｅｃｔｓ，ｔｈｅｕｎｉｖｅｒｓａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｎｄｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｎｏｖａｔｉｖｅｌｙｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｒｕｓｔｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｓａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓ，ｂａｓｅｄｏｎｗｈｉｃｈｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｉｅｓａｒｅｐｒｏｖｉｄｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｐａｃｅ ｂａｓｅｄａｎｄｇｒｏｕｎｄ ｂａｓｅｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ，ｓｏｆｔｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｎｄｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓｆｏｒｉｍｐｕｌｓｅｔｈｒｕｓｔ，ｈｉｇｈａｎｄｌｏｗｆｉｎｉｔｅｔｈｒｕｓｔ，ａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｅｓａｒｅｍａｄｅｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｒｕｓｔｍａｎｅｕｖｅｒｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｏｒｂｉｔａｃｃｕｒａｃｙｒｅｃｏｖｅｒｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｐａｃｅ ｂａｓｅｄａｎｄｇｒｏｕｎｄ ｂａｓｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｗｏｒｋｃｏｎｆｉｒｍｓｔｈａｔｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｃａｎｓａｔｉｓｆｙｍｏｓｔｏｆｔａｓｋｓｆｏｒｕｎｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｏｂｊｅｃｔｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓａｓａｌｕｔａｒｙｌｅｓｓｏｎｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔａｓｋｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍａｎｅｕｖｅｒｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；Ｕｎｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｏｂｊｅｃｔｓ；Ｉｍｐｕｌｓｅｔｈｒｕｓｔ；Ｈｉｇｈｆｉｎｉｔｅｔｈｒｕｓｔ；Ｌｏｗｆｉｎｉｔｅｔｈｒｕｓｔ；Ｓｐａｃｅ ｂａｓｅｄａｎｄｇｒｏｕｎｄ ｂａｓｅｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ收稿日期：２０１５ ０５ ０４； 修回日期：２０１５ １０ ０６基金项目：中国博士后科学基金（２０１２Ｍ５２１８８３）；全球连续监测评估系统分析中心建设与运行维护项目（ＧＦＺＸ０３０１０４０３０８－０５）０ 引 言随着卫星应用领域的扩展，卫星种类与数量不断增加，形成了日趋完善的空间应用体系，包括对地观测、定位和导航、空间预警、通信与数据传输、气象探测、科研等多个方面。
无合作目标激光测距仪光学系统设计
图 １ 无合 作 目标 相位 激光 测 距原 理 图
收 稿 日期 ：０ ８—０ —１ ２０ １ ０
管里能够观察到其像。 ’
维普资讯
第 ３期
徐安成 ： 无合作 目标激光测距仪光学系统设计
无 合作 目标激光测距 仪光 学系统设计
徐 安 成
（ 常州工 学院光 电工程学 院， 江苏 常州 ２ ３ ０ ） １０ ２
摘 要 ： 用相 位 式测距 原理 的激 光 测距仪 ， 无合作 目标 近程 测 距 （ ． 利 在 ０ ２～１ ０ｍ） ， 用 可见 ０ 时 采
激光瞄准， 这对激光光斑有非常高的要求， 光斑在被测 目标上 的大小即激光准直程 重要 ， 决这 样 的 问题 对提 高无 合 作 目标 的 测程 与 精 光 解
其 中 Ａ 为 光束截 面 中心 的振 幅 ； 为 一个 与 ｎ ｏ ９
度 是非 常有 益 的。
关 键词 ： 无合 作 目标 ； 激光 ； 相位 测距 ； 光 准直 激
中图 分类号 ： Ｎ ４ Ｔ ２
文 献标识 码 ： Ａ
文章 编号 ：６ １ ４ ６ ２ ０ ）３— ０ ４— ３ １ ７ —０ ３ （０ ８ ０ ０ ６ ０
激光 测 距 仪无 论 是 在 军事 应 用 方 面 ， 是 民 还 用方 面 ， 有着 极 其 广 泛 的应 用 。 由于 激 光 的 高 都
在相 位式 测 系统距 系统里 发射 器与 接收 器 同 轴 放置 ， 射 器 发 出调 制 频 率 为 的 正 弦 调 幅 发 波， 照射 到被 测 目标 Ｏ点 ， 物体 表 面 发生 漫 反 在 射 ， 中与发射 波 同轴 的返 回波被 探测 器所 接 收 。 其 由于发射 波 与 接 收 波 之 间产 生 相 位 差 ， 过 测 通
激光测距方案
激光测距方案引言激光测距技术是一种利用激光器产生的激光束，通过测量激光束从发射到接收的时间，并结合光速的知识，精确地计算出距离目标物体的远近。
激光测距广泛应用于工业、建筑、军事等领域，并且在自动驾驶、智能家居等领域也有重要的应用。
本文将介绍一种基于激光测距的方案，包括硬件设备和软件算法的设计与实现。
设备在这个方案中，我们需要使用以下设备来实现激光测距：1.激光器：激光器是激光测距方案的核心设备，它能够产生一束高能的激光束。
2.接收器：接收器用于接收激光束，并将激光的信息转换成电信号。
3.控制电路：控制电路用于控制激光器的开关和接收器的工作状态。
4.距离计算器：距离计算器是激光测距方案的核心部分，它能够根据激光的时间信息和光速，精确地计算出目标物体的距离。
实现步骤下面是基于激光测距方案的实现步骤：1.准备硬件设备：连接激光器、接收器和控制电路，并进行相应的供电。
2.发射激光束：控制电路开启激光器，使其产生一束激光束并发射出去。
3.接收激光束：接收器接收激光束，并将其转化成电信号。
4.记录时间信息：通过记录激光束从发射到接收经过的时间，得到激光的时间信息。
5.计算距离：使用距离计算器根据激光的时间信息和光速，计算出距离目标物体的准确数值。
6.输出结果：将测得的距离结果通过显示屏、串口或者其他方式进行输出。
算法激光测距的算法是根据激光的时间信息和光速来计算出距离的。
下面是一种常见的激光测距算法：1.获得激光的时间信息。
2.根据激光时间信息计算激光的飞行时间。
3.使用光速与激光的飞行时间进行计算，得到目标物体的距离。
需要注意的是，为了获得更加精确的距离测量结果，还可以考虑以下因素：•温度校准：温度对声速和光速都有一定的影响，因此可以通过温度传感器对测量结果进行校准。
•多次测量：进行多次测量可以提高测量精度，可以取多次测量结果的平均值作为最终的距离结果。
总结激光测距方案是一种利用激光器产生激光束，并通过测量激光的飞行时间和光速来计算距离的技术。
激光测距的原理
激光测距的原理
激光测距是利用激光器发出的高能量、高频率的光束进行测量的一种方法。
它基于光的传播速度是一个已知的常数，并且在真空中时速为299,792,458米每秒的原理。
激光测距仪由发射器、接收器以及控制电路组成。
发射器发出一个短脉冲的激光束，该激光束经过一定的光学器件后，瞄准待测距物体上的目标点。
当激光束照射到目标点上后，部分能量会被目标吸收，而另一部分则会被反射回来。
接收器接收到反射回来的光束，并将其转换为电信号。
控制电路会根据接收到的信号，计算出激光从发射到返回所经过的时间差，即“飞行时间”。
由于光的传播速度已知，通过时间差可以计算出激光从发射到返回所经过的距离。
在实际测量中，激光测距仪会通过多次发射-接收的循环进行测量，从而提高测量的准确性。
通过对多次测量结果的处理，可以得到目标点与测量仪之间的距离。
激光测距的原理基于光的传播速度的稳定性和高精度，因此在许多领域中得到了广泛的应用，例如地质勘探、建筑测量、工业制造等。
它具有测量速度快、精度高、非接触测量等优点，成为现代测量技术中不可或缺的一部分。
激光测距的原理
激光测距的原理
激光测距是一种利用激光技术来测量距离的方法。
其原理是利用激光束的特性，通过测量激光束从发射到接收所需的时间来计算出目标物体与测距仪之间的距离。
激光测距一般采用脉冲激光器发射一束短脉冲激光，激光束经由发射器发射出去，当遇到目标物体时会被目标物体散射或反射回来，再通过接收器接收到回波信号。
接收器会记录下激光束发射和接收之间的时间间隔，即回波的时间差。
根据光速恒定的原理，可以利用回波的时间差来计算出激光从发射到接收的路径长度，进而得出目标物体与测距仪之间的距离。
在实际激光测距过程中，还需要考虑到环境中的气候因素对激光传输的影响。
因为气压、气温和湿度等气象条件的变化会对激光的传播速度产生一定的影响，因此在测距之前需要对这些气象因素进行校正。
同时，还需考虑到激光束在传输过程中受到大气吸收、激光器本身的波长变化和散射等因素的影响，以提高测距的准确性。
总之，激光测距利用激光束的传输速度和回波时间差来计算目标物体与测距仪之间的距离，是一种精确而高效的测距方法。
2016年长春站卫星激光测距观测报告
图 1.2.1 2006 年-2016 年长春 SLR 观测数据量变化
1.3 观测目标情况
2016 年，长春站共观测国际国内联测目标数 94 颗，并获得了全部卫星的有效观测数据。
包括低轨道观测目标 32 颗，地球动力学卫星 LAGEOS-1 和 LAGEOS-2，以及高轨道卫星
60 颗（包括中国的北斗导航系列卫星、美国的 GPS 导航卫星、欧洲伽利略导航卫星、俄罗
19100km 左右
36.
Etalon-2
37.
Glonass-41
38.
Glonass-100
39.
Glonass-101
40.
Glonass-102
41.
Glonass-103
42.
Glonass-105
43.
Glonass-106
44.
Glonass-107
45.
Glonass-109
46.
Glonass-116
68.
Galileo-103
69.
Galileo-104
70.
Galileo-201
71.
Galileo-202
72.
Galileo-203
23220km
73.
Galileo-204
74.
Galileo-205
75.
Galileo-206
76.
Galileo-208
77.
Galileo-209
78.
7.
HY-2A
轨道高度 1500km 以下
8.
Jason-2
9.
Jason-3
10.
Kompsat-5
激光测距实验报告
有关“激光测距”的实验报告有关“激光测距”的实验报告如下：一、实验目的本实验旨在通过激光测距的方法，测量目标物体与测距仪之间的距离，并验证激光测距的原理及精度。
二、实验原理1.激光测距的基本原理是利用激光的快速、单色、相干性好等特点，通过测量激光发射器发出激光信号到目标物体再反射回来的时间，计算出目标物体与测距仪之间的距离。
具体而言，激光测距仪通常采用脉冲法或相位法进行测距。
2.脉冲法测距是通过测量激光发射器发出激光脉冲信号到目标物体再反射回来的时间，计算出目标物体与测距仪之间的距离。
其计算公式为：d=2c×t，其中d为目标物体与测距仪之间的距离，c为光速，t为激光脉冲信号往返时间。
3.相位法测距则是通过测量调制后的激光信号在目标物体上反射后与原信号的相位差，计算出目标物体与测距仪之间的距离。
其计算公式为：d=2×Δφλ，其中λ为调制波长，Δφ为相位差。
三、实验步骤1.准备实验器材：激光测距仪、标定板、尺子、三脚架等。
2.将标定板放置在平整的地面上，用三脚架固定激光测距仪，调整激光测距仪的高度和角度，使激光束对准标定板中心。
3.按下激光测距仪的测量按钮，记录标定板的距离读数。
4.用尺子测量标定板的实际距离，并与激光测距仪的读数进行比较。
5.重复步骤3和4多次，记录数据并分析误差。
四、实验结果与分析1.激光测距仪的测量精度较高，误差在±1cm以内。
2.在不同距离下，激光测距仪的误差略有不同，但总体来说表现良好。
3.在实际应用中，需要注意环境因素对激光测距的影响，如烟雾、尘埃等可能会影响激光信号的传播和反射。
五、结论与展望本实验通过激光测距的方法测量了目标物体与测距仪之间的距离，验证了激光测距的原理及精度。
实验结果表明，激光测距仪具有较高的测量精度和可靠性，适用于各种需要高精度距离测量的场合。
未来，随着技术的不断发展，激光测距的应用领域将更加广泛，如无人驾驶、机器人导航、地形测绘等。
激光测距工作原理
激光测距工作原理激光测距是一种利用激光技术进行距离测量的方法。
它通过发射一束激光束，并计算激光束从发射到接收所经过的时间来确定两点之间的距离。
激光测距在许多领域都有广泛的应用，包括建筑、测绘、工程、机械制造等。
激光测距仪通常由激光发射器、接收器、计时器和显示器等组成。
其中，激光发射器会发射一束激光束，这个激光束会经过一系列的光学元件来聚焦和控制激光束的方向。
接收器则会接收被目标物体反射回来的激光信号，并将其转换成电信号。
计时器会记录从激光器发射出去到接收器接收到的时间间隔，通过速度乘以时间的公式，就可以计算出两点之间的距离。
显示器则用于显示测量结果。
激光测距原理基于利用光的特性来测量距离。
激光束在空气中的传播速度是一个已知值，当激光束遇到目标物体时，会部分被反射回来。
测距仪会记录下发射激光束到接收目标物体反射激光束所经过的时间，然后将这个时间值乘以光在空气中传播的速度，就可以得到两点之间的距离。
激光测距仪的测量精度取决于多个因素，包括激光束的直径、激光束的能量、目标物体的表面特性、测量仪器的精度等。
一般来说，激光束越窄，测量精度越高。
此外，目标物体的表面特性也会对测量精度产生影响，例如粗糙的表面会使激光束散射，从而影响测量结果的准确性。
激光测距原理的应用非常广泛。
在建筑领域，激光测距可以用来测量建筑物的长度、高度和宽度等参数，为建筑设计和施工提供准确的数据。
在工程领域，激光测距可以用于测量机器设备的距离和位置，确保其对齐和安装的准确性。
在测绘领域，激光测距可以用来制作地形图和三维模型，提供精确的地理信息。
在机械制造领域，激光测距可以用来测量零件的尺寸和形状，确保产品的质量。
总之，激光测距工作原理是基于利用激光束从发射到接收的时间来计算两点之间的距离。
它在许多领域都有广泛的应用，能够提供准确的测量结果。
通过不断的技术发展和创新，激光测距仪的测量精度和功能还将进一步提高，为各行各业的测量任务提供更为可靠和高效的解决方案。
激光测距算法
激光测距算法激光测距算法是一种利用激光技术进行距离测量的方法。
激光测距技术广泛应用于工业、建筑、测绘等领域，其精度高、反应快的特点使得它成为现代测量领域不可或缺的工具。
激光测距算法的基本原理是利用激光束在空气中的传播速度和被测物体反射回来的时间差来计算距离。
首先，激光器发射一束激光束，然后激光束照射到被测物体上并被反射回来。
接收器接收到反射回来的激光束，并测量出激光束的传播时间。
根据光在空气中的传播速度，可以通过测量时间差来计算出被测物体与激光器之间的距离。
激光测距算法的精度受多种因素影响，其中包括激光器的发射功率、接收器的灵敏度、环境中的光散射和反射等。
为了提高测距精度，通常会采用多次测量并取平均值的方法，还可以通过增加激光器的功率、优化接收器的灵敏度以及使用特殊的光学器件来减小误差。
激光测距算法的实现有多种方法。
最简单的方法是使用单点测距算法，即在一个点上进行距离测量。
这种方法适用于测量单个点的距离，但对于复杂的物体，可能需要使用多点测距算法。
多点测距算法通过在不同位置上进行测量，然后根据测量结果进行数据处理，可以得到更准确的距离信息。
除了距离测量，激光测距算法还可以用于测量物体的形状和轮廓。
通过在不同的角度上进行测量，可以获取物体表面的三维数据，从而实现对物体形状的测量和分析。
这种方法在工业制造、机器人导航等领域具有广泛的应用前景。
需要注意的是，激光测距算法在使用过程中也存在一些限制。
首先，激光测距算法对被测物体的表面材质和颜色有一定的要求，对于反射率低或吸收激光的物体可能无法进行准确测量。
其次，激光测距算法在测量过程中可能受到环境光的干扰，导致测量结果不准确。
因此，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的激光测距算法和设备。
激光测距算法是一种基于激光技术的距离测量方法，具有高精度和快速响应的特点。
它在工业、建筑、测绘等领域有着广泛的应用前景。
通过不断改进算法和设备，激光测距技术将能够更好地满足人们对精确测量的需求，推动相关行业的发展。
激光测距技术的原理与数据处理方法
激光测距技术的原理与数据处理方法导引激光测距技术是一种利用激光束进行测量的高精度测距方法，被广泛应用于工业、测绘、建筑、军事等领域。
本文将从激光测距技术的原理和数据处理方法两个方面进行探讨。
一、激光测距技术的原理1.1 激光测距的基本原理激光测距技术利用激光脉冲的回波时间来计算目标物体与测距仪之间的距离。
当激光脉冲发射到目标物体上后，一部分光会被反射回来，测距仪通过测量激光脉冲的往返时间来确定距离。
根据光速恒定的原理，通过测量时间差来计算出距离。
1.2 激光测距的分类激光测距技术根据不同的测量原理和测量范围可以分为接触式测距和非接触式测距。
接触式测距主要利用激光传感器与目标物体的接触来进行距离测量，适用于近距离测量。
非接触式测距则主要利用激光束与目标物体的反射光进行测量，适用于中远距离测量。
二、激光测距技术的数据处理方法2.1 激光测距数据的获取首先，激光测距技术需要通过传感器向目标物体发射激光脉冲。
然后，传感器接收到激光脉冲的反射光信号，将其转化为电信号。
这一过程中，测距仪会记录下激光脉冲的发射时间和接收时间，并计算出激光脉冲的往返时间。
2.2 数据的处理与分析接收到激光脉冲的回波信号后，需要进行数据处理与分析，以确定目标物体与测距仪之间的距离。
主要的处理方法包括：2.2.1 时间差法时间差法是基于光速恒定原理的一种测距方法，通过测量激光脉冲的发射时间和接收时间之间的差值来计算距离。
这种方法可以实现高精度的测距，但对仪器的时间测量精度有较高的要求。
2.2.2 相位法相位法也是一种常用的测距方法，它通过测量激光脉冲的相位差来计算距离。
利用激光脉冲的相位信息可以实现高精度测距，但对仪器的稳定性和相位解算算法有较高的要求。
2.2.3 三角法三角法是一种利用三角形的几何关系来计算距离的方法。
它通过测量激光束的入射角和反射角，并结合目标物体的角度信息，使用三角函数计算出距离。
这种方法简单易于实施，但需要测量目标物体的角度信息。
基于N-EKF的非合作低轨目标双星无源定位跟踪算法
基于N-EKF的非合作低轨目标双星无源定位跟踪算法
李罗钢;路鹰;晁鲁静;任金磊
【期刊名称】《系统工程与电子技术》
【年(卷),期】2024(46)5
【摘要】针对两颗天基光学卫星对低轨非合作目标进行无源定位跟踪的问题,提出了一种基于Newton迭代与扩展卡尔曼滤波(Newton iteration and extended Kalman filter,N-EKF)的定位跟踪算法。
首先,将基于角度测量信息的双星观测模型转化为双直线公垂线中点问题,并进一步转化为非线性方程问题,使用Newton迭代算法得到非合作目标的初始定位信息。
然后,采用扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)方法,在初始定位信息基础上,结合近地轨道动力学模型,实现对
非合作在轨目标的精确跟踪滤波。
最后,通过仿真验证了所提方法的可行性及优势。
【总页数】6页(P1777-1782)
【作者】李罗钢;路鹰;晁鲁静;任金磊
【作者单位】中国航天科技创新研究院
【正文语种】中文
【中图分类】V212
【相关文献】
1.基于双星编队的空间非合作目标联合定轨方法
2.基于无源时差定位系统的机动目标跟踪算法
3.低轨双星无源定位算法及定位精度分析
4.低轨卫星多目标无源定位
到达时差分选方法5.基于信息理论和概率假设密度的自适应多站多目标无源定位与跟踪算法
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激光测距的原理与应用
激光测距的原理与应用激光测距的原理激光测距是一种利用激光束测量两点间距离的技术。
激光测距的原理主要基于光的传播速度恒定不变的特性。
当激光束发射后经过一定的传播时间后被接收到，通过测量光的传播时间，就可以计算出两点的距离。
1. 发射和接收激光束激光测距仪首先需要发射一束激光光束，光束经过一定的传播距离后被接收器接收到。
发射和接收激光束是激光测距的基本步骤。
2. 测量光的传播时间通过测量激光光束传播的时间，即从激光发射到接收器接收到的时间间隔，可以计算出两点之间的距离。
这是激光测距的核心原理。
3. 计算距离利用测量到的光传播时间，可以使用速度和时间的关系计算出两点间的距离。
常见的计算公式为：距离 = 光速 × 时间。
激光测距的应用激光测距技术在许多领域都有广泛的应用。
以下列举了几个常见的应用领域：1. 航空航天领域在航空航天领域，激光测距技术可以用于飞行器的精确定位和导航。
通过测量飞行器与地面之间的距离，可以实时更新飞行器的位置信息，从而提高飞行的安全性和精确度。
2. 地理测绘领域激光测距技术在地理测绘领域中广泛应用。
利用激光测距仪扫描地表，可以获取地形数据和地物的三维坐标。
这对于绘制高精度的地图和地形模型非常重要。
3. 工业制造领域在工业制造领域，激光测距技术可以用来测量物体的尺寸和位置。
例如，在汽车制造过程中，使用激光测距仪可以精确测量车身的尺寸，以确保各个零件的精确配合。
4. 建筑施工领域在建筑施工领域，激光测距技术可以用于建筑的测量和校正。
施工人员可以利用激光测距仪测量建筑物的尺寸和位置，以确保施工的准确性和精度。
5. 环境监测领域激光测距技术在环境监测领域中也有应用。
例如，在大气污染监测中，激光测距仪可以用来测量大气中污染物的浓度和分布情况。
6. 军事应用在军事领域，激光测距技术可以用于目标距离的测量和火力打击的精确定位。
这对于军事行动的规划和执行非常重要。
除了以上列举的领域，激光测距技术还被广泛应用于机器人导航、交通监控、医学影像等领域。
激光测距技术的原理及使用方法
激光测距技术的原理及使用方法激光测距技术作为一种精确测量距离的方法，广泛应用于各个领域，包括建筑、工程、地质勘探、军事等。
本文将介绍激光测距技术的原理及其使用方法，并探讨其在现实生活中的应用。
一、激光测距技术的原理激光测距技术基于光的速度与时间的关系，利用高速的激光光束在目标上反射后返回原点的时间来计算距离。
其原理主要包括以下几个方面。
1.激光器发射激光光束：激光器使用激光二极管或其他激光器件，通过电流激发产生一束高密度、高单色性、高方向性的激光光束。
2.激光光束发射与接收：激光光束由光学系统发射出去，照射到目标上，并返回到探测器。
3.光的传播速度：光在真空中的速度约为每秒299,792,458米，这个速度是激光测距的基础。
4.计算时间：测距仪会记录从发射到接收的时间间隔。
5.计算距离：利用公式速度等于距离除以时间，通过计算时间间隔和光速，可以计算得到目标与测距仪之间的距离。
二、激光测距技术的使用方法激光测距技术的使用方法相对简单，但需要注意一些细节，以确保测量结果的准确性和可靠性。
1.正确使用激光测距仪：首先，操作人员应仔细阅读激光测距仪的说明书，熟悉设备的功能和操作方法。
在进行测量之前，确保测距仪的激光光束对准目标，并调整焦距以保证测量的精确性。
2.避免测量误差：为了确保测量结果准确，应在测量时注意避免一些误差的干扰。
例如，避免测距仪与目标之间有遮挡物，减少大气湿度、烟雾等对激光光束的干扰。
3.选择合适的测量模式：激光测距仪通常有不同的测量模式，包括单点测量、连续测量等。
根据具体需求选择合适的模式，以满足测量的要求。
4.判断测量结果：在测量结束后，应仔细判断测量结果的准确性。
可以进行多次测量，取平均值以减少误差。
同时，还可以通过比对其他测量结果来验证测距仪的准确性。
三、激光测距技术的应用激光测距技术在许多领域都有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景。
1.建筑测量：在建筑领域，激光测距技术可以用于测量和绘制建筑物的平面图和立体图，以及进行精确的尺寸测量和布局规划。
基于激光测距的机载光电成像系统目标定位
ＺＨＡＮＧ Ｈｅ１＊ ，ＱＩＡＯ Ｃｈｕａｎ１，２，ＫＵＡＮＧ Ｈａｉ－ｐｅｎｇ１
（１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｅ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ， Ｆｉｎｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９，Ｃｈｉｎａ） ＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｈｅ＠ｃｉｏｍｐ．ａｃ．ｃｎ
张 赫１＊ ，乔 川１，２，匡海鹏１
（１．中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 航空光学成像与测量重点实验室，吉林 长春 １３００３３； ２．中国科学院大学，北京 １０００４９）
摘要：针对小型机载光电平台无法准确获取视轴指向问题，设计了一种基于激光测距的目标定位算法。利 用 机 载 光 电 侦 察平台锁定跟踪目标的特性，对同一目标多次测量，采用激光测距装置获取目标与载机间的距离 信 息。 根 据 ＷＧＳ－８４定 义的地球椭球模型建立系统的测量方程。考虑到测量方 程 的 非 线 性，利 用 扩 展 卡 尔 曼 滤 波 对 目 标 位 置 进 行 估 计 。 该 定 位方法精度只受到 ＧＰＳ接收机定位精度和激光测距机测量精度的影响，目标定位误差与机 载 光 电 侦 察 设 备 视 轴 指 向 测 量无关。采用蒙特卡洛法仿真分析载机位置测量误差及激光 测 距 系 统 位 置 误 差 对 目 标 定 位 的 影 响 ，结 果 显 示 该 算 法 定 位精度较高。采用飞行试验数据验证了该目标定位算法的有效性，在飞行 高 度 ８ ０００ ｍ 时，目 标 定 位 精 度 优 于 ８ ｍ。 相 比 于 传 统 定 位 算 法 ，该 方 法 可 将 定 位 精 度 明 显 提 高 。 同 时 此 定 位 方 法 易 于 部 署 ，可 操 作 性 强 ，具 有 较 大 的 应 用 价 值 。 关 键 词 ：机 载 光 电 成 像 系 统 ；激 光 测 距 ；目 标 定 位 ；扩 展 卡 尔 曼 滤 波 ；误 差 分 析 中 图 分 类 号 ：ＴＮ２４９ 文 献 标 识 码 ：Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１９２７０１．０００８
非接触式激光站台限界测量仪讲诉课件
精度提升
多功能集成
随着激光技术和数据处理算法的进步， 非接触式激光站台限界测量仪的测量 精度有望得到进一步提升，以满足更 严格的应用需求。
未来非接触式激光站台限界测量仪可 能会集成更多的功能，如三维重建、 物体识别等，以满足多样化的应用需 求。
智能化发展
通过引入人工智能和机器学习技术， 非接触式激光站台限界测量仪将具备 更强的自适应和学习能力，能够自动 识别和判断各种复杂情况。
准和使用。
大型目标测量受限
对于大型目标，由于仪器尺寸 和测量精度的限制，可能无法 实现完整的测量。
价格较高
由于仪器采用先进的技术和材 料，其价格相对较高，可能不 适合一些小型企业和个人使用。
专业操作要求
仪器的操作和使用需要一定的 专业知识和技能，不熟悉操作
的人员可能无法快速掌握。
改进方向
01
02
03
结束测量
4
完成测量后，保存数据并 退出测量模式。
启动测量
2
按下开始按钮，仪器自动
进行连续测量，记录数据。
移动测量
3
沿站台边缘移动仪器，确 保覆盖整个测量区域。
优势与局限性
优势
非接触测量
高精度
仪器采用非接触式测量技术，可以在不接 触目标物体的前提下进行精确测量，有效 避免了接触式测量对目标物体的损伤。
接收器
STEP 01
功能
STEP 02
特点
STEP 03
应用
常与激光发射器配合使用， 实现各种非接触式测量任 务。
具有高灵敏度、高分辨率 和高信噪比，能够准确捕 捉到微弱的反射信号。
负责接收激光束反射回来 的信号，并将信号转换为 可处理的数据。
激光测距的原理架构和应用
船舶和航空导航
在船舶和航空导航中，激光 测距可以帮助导航员更准确 地确定自己的位置和目标物
的距离，以确保航行安全
-
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发展
汽车和机器人导航
在自动驾驶汽车和机器人导航 系统中，激光测距起着关键的 作用，帮助车辆和机器人感知
周围环境并进行精确的导航
气象观测
在气象观测中，激光测 距被用来测量云层的高 度和厚度，以帮助气象
学家更好地预测天气
农业应用
在农业领域，激光测距 可以帮助农民更准确地 测量土地的面积和形状， 以更好地规划农业生产
激光测距的原理
1
激光发射：首先，激光发射器会发射一束激光，这束激光会以直线方式传播
2
激光束到达目标：然后，这束激光会到达目标物体
3
激光束返回：当激光束从目标物体反射到被接收的时间，这个时间乘以光速的一半(因为光速在真空 中的速度是299,792,458米/秒)，就可以得到目标物体与发射器之间的距离
激光测距的应用
起源
军事应用
在军事领域，激光测距 也有广泛的应用，例如 远程目标的精确打击、
战场环境的感知等
考古学
在考古学中，激光测距 可以帮助考古学家更准 确地测量遗址的尺寸和 形状，以更好地理解古
代文明
地质勘探
在地质勘探中，激光测距可 以帮助地质学家更准确地测 量地层的位置和深度，以更
好地了解地下资源分布
2
激光测距的架构
激光测距的架构
激光测距系统通常由以下几个主要部分组成
激光发射器：这是系统的核心部分，它 负责产生并发送激光束
接收器：接收器负责捕获反射回来的激 光束
如何通过激光测距仪实现高精度坐标定位
如何通过激光测距仪实现高精度坐标定位激光测距仪是一种常用的测量工具，通过激光信号的发射和接收，可以准确测量目标物体与测量仪之间的距离。
在现代科技的发展中，激光测距仪得到了广泛的应用，特别是在坐标定位方面。
高精度坐标定位对于许多领域来说都非常重要，比如工业制造、建筑工程以及地理测量等。
激光测距仪具备了高度精准测量的能力，为实现高精度坐标定位提供了有力的支持。
首先，使用激光测距仪实现高精度坐标定位需要保证测量环境的稳定性。
因为激光测距仪是通过测量激光信号的往返时间来计算距离的，所以任何对激光信号的干扰都会影响测量结果。
因此，在使用激光测距仪进行定位测量时，需要确保测量场景的稳定性，尽量避免外界因素对测量结果的干扰，例如避光、防震等措施。
其次，激光测距仪的使用还需要校准。
在使用激光测距仪进行坐标定位时，为了保证测量结果的准确性，需要事先对激光测距仪进行校准。
校准的目的是消除测量误差，提高测量精度。
一般来说，校准过程涉及到激光测距仪的内部参数以及外部参数的标定，包括激光光斑的位置偏差、激光角度的误差等。
只有经过正确的校准过程，才能够得到高精度的坐标定位结果。
另外，激光测距仪的使用还需要考虑测量目标的特点。
不同的测量目标可能对激光测距仪有不同的要求。
例如，对于小尺寸的目标物体，可能需要使用高精度的激光测距仪；对于大尺寸的目标物体，可能需要考虑激光信号的传播情况。
因此，在进行激光测距仪坐标定位时，需要根据实际应用场景的需求选择合适的激光测距仪，并合理设置测量参数，以达到高精度的定位效果。
此外，激光测距仪的测量数据处理也是实现高精度坐标定位的关键。
激光测距仪可以输出单次测量的距离数据，也可以进行多次测量然后求平均值。
为了提高测量精度，可以采用多次测量的方式，并利用统计方法对测量数据进行处理，例如去除异常值、计算均值等。
此外，还可以通过数据滤波算法对测量数据进行平滑处理，减少测量误差的影响。
总之，通过激光测距仪实现高精度坐标定位需要注意测量环境的稳定性、进行正确的校准、考虑测量目标的特点，并进行测量数据的处理。
激光测量技术在城轨车辆限界测量上的应用
激光测量技术在城轨车辆限界测量上的应用发布时间：2021-06-17T09:42:43.770Z 来源：《科学与技术》2021年2月第6期作者：周运之[导读] 城轨车辆限界是指城轨车辆横断面的最大极限，它规定了城轨车辆不同部位的宽度、高度的最大尺寸以及底部部件至轨面的最小距离。
周运之中车株洲电力机车有限公司湖南株洲 412001城轨车辆限界是指城轨车辆横断面的最大极限，它规定了城轨车辆不同部位的宽度、高度的最大尺寸以及底部部件至轨面的最小距离。
它是城轨车辆在线路上运行安全的基本保障。
为了确定城轨车辆限界满足要求，车辆组装调试完成后，需要进行车辆限界例行试验。
一、限界测量现状及存在的问题目前城轨车辆的限界没有适用的行业标准，不同车型如A型、B型、C型、L型等因车辆宽度不同而限界不同，甚至连同一车型在不同线路上也会有所差异。
限界不仅影响车辆制造本身，对于轨道特别是隧道施工和地面设备布置也有很大影响。
对城轨车辆制造商而言，目前普遍采用的检验方法是参照GBT 16904中规定的标准限界规进行接触式测量，即在固定的龙门架上安装限界模板，将车辆缓慢推过限界模板，检查是否存在超限并在超限位置进行标记。
但是限界模板局限性较大，具体包括：1.不具备通用性，制作费用高：每套模板只能适用对应的一个项目车型，而城轨车辆制造商往往是多个甚至十几二十个项目并行，模板制作费用高昂。
2.存放不便，更换繁琐：城轨车辆制造商现场经常有多个项目交叉作业，现场需要存放大量的模板，每套模板最少11块，每次换车型，需要3名人员配合40分钟左右才能完成；另外，闲置的模板占用大量存储空间。
3.安装误差大，影响测量精度：模板安装对作业人员素质要求较高，且具有一定的不确定性，安装误差往往达到3mm，影响测量精度。
4.模板制造周期长：每个项目首先需要编制工装图样，然后再进行生产，模板制造完成后，因制造质量或参数修订等原因返工也常有发生，影响生产进度。
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意义 ．
低 轨 非合 作 目标 具有 运 行速 度 快、 过 境 时 间短、 轨 道预 报 精 度差 以及 受 到观 测晨
昏条 件 限制 等特 点 ， 致使 对其 观测 获得 的有效 激光 测距 数据 远 少 对合 作 目标 观测 获得 的数 据 导 致在 轨道 改进 计算 中条件方 程 不可解 ， 无 法进 行精 密 定轨 ． 观 测数 据 少 已成为
目前对非合作 目 标精密定轨的一个主要难点． 文献 ｆ ４ — ５ １ 阐述了利用两行根数（ Ｔ ｗ ｏ — Ｌ ｉ ｎ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ， Ｔ Ｌ Ｅ ） 数据模拟多站卫星激光测距 （ ｓ ａ ｔ ｅ ｌ １ ｉ ｔ ｅ Ｌ ａ ｓ ｅ ｒ Ｒ ａ ｎ ｇ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ Ｌ Ｒ ） 数据 的方法
（ １中国科学院国家天文 台长春人造卫星观测站 长春 １ ３ ０ １ １ ７ ）
（ ２中国科学院大学 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
摘 要 精密解算了非合作目 标的单站激光测距数 据． 观测数据少、数据弧段分 布不好
是对 非合作 目标进行精密 定轨 的难 点． 通过 定轨过程 中对动 力学模型 的选 择及求解参数 的选取， 使得 轨道 计算收敛 ．解算 多组 圈数 的非 合作 目标数据 ， 将 轨道 重叠弧 段对 比作 为 评判定轨 精度 的指标 ； 从 多组 圈数 中提取 出 一圈 的观 测数 据， 对其 余数据 进行定 轨处 理， 将定轨后 的轨道 结果与提取 出的观测 数据 进行对 比，得到在 同一 时刻 的距 离偏差， 使
第５ ６ 卷 第５ 期 ２ ０ １ ５ 年９ 月
天
文
学
报
ＶＯ １ ． ５ ６ Ｎ Ｏ． ５
ＡＣＴＡ ＡＳ ＴＲ０Ｎ ＯＭ Ｉ ＣＡ Ｓ Ｉ ＮＩ ＣＡ
Ｓ ｅ ｐ ｔ ． ， ２ ０ １ ５
长春站非合作 目标 激光测距资料 的定轨水
孙建 南１ ， ２ 十 刘承 志 范存 波 孙 明国
中 图分 类 号 ：Ｐ １ ３ ５ ； 文 献 标 识码 ： Ａ
１ 上 己 丁ｌ ｌ 言
口
利用 漫反射 激 光 测距 对 非 合作 目标 进 行探 测 ， 其 测距 精 度 可达 米 级或 分 米级 ，比雷
达 和光 电观 测 精度 高 ２ ３ 个 数量 级 【 ］ ．高 精 度 漫 反射 激 光测 距 资料 的应用 对 实现 非 合 作 目标精 密 定轨 及其 监测 预 警具 有重 要 作用 ． 同时 有利 于提 高地 球低 轨 道 区域大 气密 度
最后 ， 通 过重 叠弧 段 比对和 利 用 同类观 测数 据在 距 离方 向上 进行 符合 ， 分 析 定轨 的精 度 ．
２ Ｓ Ｌ Ｒ定 轨 原理 与 方 法
Ｓ Ｌ Ｒ精密 定 轨 采用 动 力 学统计 中基 于线 性估 计 的方 法 ， 利 用含 有 测量 误 差 的观测 资 料， 依据 动 力 学模 型 建立 空 间 目标 状态 方 程和 观 测方 程 ， 用 动 力学 理 论求 解 出 目标状 态 参 数 的最 佳估 计值 Ｉ Ｓ 】 ．
其作 为精 密定轨 的外符合 ． 结果表 明： 对非合 作 目标（ ４ ８ １ ４ ） 进行精密定轨 ， 平均测距残 差
为１ ． ０ １ ｍ， 在测距 方 向上，测量数据外符合 的平均轨道精度 为１ ４ ． ３ ５ ｍ， 预报１ ｄ 的测距精
度为２ ４ ． ６ ０ ｍ． 关键词 航天器， 天 体 力学 ：轨 道 计 算 与 定 轨 ， 方法 ： 数 据 分 析
中， 为空 间 目标在 地 固坐标 系 中的位置 矢 量 ； Ｇ 为 地球 引 力常 数 ； ｐ 为 空 间 目标 受到 的摄 动加 速度 ； ｐ ｄ 为 待估 的动 力 学参 数矢 量 ； Ｐ ｇ 为 不 出现在 运 动方 程 中 的待估参 数 ． Ｓ Ｌ Ｒ的 观 测 量 是 从 观 测 站 到 卫 星 的距 离 ， ｉ Ｓ ￣ｐ ｏ ， 其 理 论 计 算 值 为ｐ ．令 ｙ ＝ Ｐ ０ ，
实现 单站 Ｓ Ｌ Ｒ数据 定 轨， 文 章表 明： 对Ａ ｊ ｉ ｓ ａ ｉ ￣ 星在 ｌ ｄ内拥 有５ 圈共６ ８ 个 标准 点 的数据 实
施 定轨 ， 轨道 外推 ５ ｄ 的 位 置误 差 在 ４ ０ ｍ 以 内． 文献 基 于 文 献 ｆ ７ １ 的方 法 ， 对轨 道 高 度 为８ ０ ０ ｋ ｍ的空 间 目标 在 连 续两 天 内拥 有 １ ９ 个 标 准 点 的数据 进 行 定轨 ， 预报 １ ｄ 的轨道 精
５期
孙建南等： 长春 站非合作 目标激光测距资料的定轨
４ ７ ５
本 文 首先 介 绍 ＴＳ Ｌ Ｒ精 密 定轨 的原 理与 方 法及 定 轨 过程 中动 力学 模 型 的选 取 原则 ； 其次， 对 长 春站 实 测 非合 作 目标 的激 光 测 距数 据进 行 精 密定 轨 ． 将ＴＬ Ｅ数据 作 为非 合 作 目标 精 密 定轨 的初 始 轨道 ， 选 取 适 当 的动 力 学模 型 与求解 参 数 ， 使 得轨 道 解 算方 程 收敛 ；
根 据 动力 学 理论 ， 空 间 目标 的状 态 方程 可 写为 ：
｛ 、 Ｉ 文 Ｘ （ ＿ Ｆ （ ） ＝ １ ０ ］ ， ｔ ｏ ） ＝Ｘｏ
式中， Ｘ＝ Ｔ； Ｐ ｄ Ｔ ｐ ｇ Ｔ
（ １ ） ，
一１ ； ． ， ａ： 一 （ Ｇ Ｍ￣／ ｒ ） ． （ ／ ） ＋ｐ （ ｒ ， ， Ｐ ｄ ， ） ， 其
度可 达２ ０ ， 优 于利 用光 学数 据 预报 的轨 道精 度 ．
２ ０ １ ５ — ０ １ — ２ ２ 收到原稿， ２ ０ １ ５ — ０ ４ — １ ６ 收 到 修 改 稿
国家 自然科学基金项 目ｆ １ １ ３ ７ ３ ０ ４ ７ ） ￣助
ｔ ｓ ｕ ｎ ｊ ｎ ＠ｃ ｈ ｏ ． ａ ｃ ． ｅ ｎ