航天器交会对接用激光传感器
飞船自动对接原理
飞船自动对接原理
飞船自动对接的原理主要涉及交会和对接两个过程。
交会是指两个航天器在既定的飞行轨道上逐渐靠近的过程。
这个过程通常通过精密的轨道计算和控制来实现，确保两个航天器能够成功地在预定的时间和地点相遇。
对接则是指交会后的航天器通过专门的对接机构组合成一个整体。
对接机构通常包括机械臂、捕获装置和连接装置等，用于捕获和固定另一个航天器，然后进行后续的对接操作。
对接过程需要高精度的控制和协调，以确保两个航天器的安全和稳定。
自动对接技术通常利用传感器、控制器和执行机构等设备来实现。
传感器用于监测和测量两个航天器的相对位置、速度和姿态等信息，控制器根据这些信息计算出必要的控制指令，然后通过执行机构来执行这些指令，调整航天器的状态，实现自动对接。
自动对接技术可以大大提高航天器的交会对接效率和安全性，减少对地面控制系统的依赖，是未来航天器交会对接的重要发展方向之一。
光纤传感器在航空航天中的应用研究
光纤传感器在航空航天中的应用研究随着现代科技的不断进步，航空航天技术也在不断地迎来新的发展。
光纤传感器便是其中一项技术的代表，它被广泛地用于航空航天领域。
本文将探讨光纤传感器在航空航天中的应用研究。
一、光纤传感器基本原理光纤传感器的基本原理是利用光线在光纤中的传输特性来测量各种物理量。
当光纤中发生温度、压力、应力等变化时，会对光线的传输产生影响，这种影响可以被光纤传感器所感知。
通过光纤传感器可以实现对航空器各项参数的监测和控制，从而提高其安全性和性能。
二、光纤传感器在航空航天中的应用1. 温度监测光纤传感器可以利用红外吸收原理实现航空器温度的监测，从而减少温度过高或过低对航空器的损害。
此外，它还可以检测机体温度变化，及时发现故障并进行维修。
2. 加速度监测航空器在起飞、飞行、降落等不同阶段会受到不同的加速度影响，这些变化会影响飞行的稳定性和安全性。
利用光纤传感器能够实现航空器加速度的实时监测，从而掌握其稳定性状况。
3. 压力监测航空器在飞行过程中面临着大气压力、液压系统压力等多种压力问题，如果不能及时检测和控制，就会导致航空事故。
利用光纤传感器能够实现对航空器内外部压力的实时监测，提高航空器的安全水平。
4. 应力监测航空器在飞行的过程中会受到多种载荷的作用，如果载荷超过了其承载能力，就会有失事的风险。
利用光纤传感器可以实现实时监测和控制航空器的应力变化，对保障其安全性至关重要。
5. 振动监测航空器在飞行过程中还会遇到一些外力使其产生振动，这些振动会影响其飞行状态。
利用光纤传感器可以实现航空器振动的实时监测，从而及时预防飞行事故的发生。
三、结语光纤传感器的出现为航空航天领域的安全和稳定提供了一种新的解决方案。
它作为一种高精度、高灵敏度的仪器，已经被广泛应用于各种领域，并为航空器的功能和性能提高保驾护航。
随着技术的不断发展，相信光纤传感器在航空航天领域的应用会越来越广泛。
光电传感技术在航空航天中的应用
光电传感技术在航空航天中的应用第一章：光电传感技术概述随着科技的迅猛发展，光电传感技术越来越广泛的应用于航空航天领域。
光电传感技术指的是将光电传感器与计算机技术相结合，感知、获取目标信息并进行处理的一种技术。
与传统的机电传感技术相比，光电传感技术具有更高的精度、更好的稳定性和更低的体积，是航空航天领域中不可或缺的技术手段。
第二章：光电传感器的种类及其应用光电传感器是光电传感技术的核心设备，主要包括光电开关、光电编码器、光电传感器等几种类型。
其中，光电开关广泛应用于机械手臂、自动化生产线、物联网等领域，可以用于检测、测量和定位等功能；光电编码器主要应用于机器人控制系统、CNC 机床、印刷机械等领域，可以用于角度测量和位置控制；光电传感器主要应用于医疗设备、汽车制造、飞机制造等领域，可以用于测量、检测等功能。
第三章：光电传感技术在飞行控制系统中的应用光电传感技术在飞行控制系统中的应用主要体现在惯性测量单元（IMU）和光电陀螺仪两个方面。
目前，光电陀螺仪已经被普遍应用于飞行控制系统中，可以实现高精度的飞行数据测量。
而IMU则是现代化飞行器中非常重要的组成部分，可以通过对飞行器的姿态、速度等数据进行精准测量来提高飞行控制的稳定性和精度。
第四章：光电传感技术在航空航天研究中的应用光电传感技术在航空航天研究中的应用也非常广泛。
例如，光电测速设备可以用于测量飞机的飞行速度和轨迹；光电成像技术可以用于制作高清晰度的星图或者行星地图；光学雷达则可以用于构建三维地图，适用于在行星探索中。
第五章：光电传感技术在卫星通讯中的应用光电传感技术在卫星通讯中的应用主要体现在两个方面：一个是卫星上的光电传感器系统，另一个是地面站的光电传感器系统。
卫星上的光电传感器系统可以用于卫星制导、导航和定位，地面站上的光电传感器系统则可以用于接收和解码卫星信号。
第六章：光电传感技术的未来发展趋势随着科技的不断进步，光电传感技术在航空航天领域的应用前景将非常广阔。
航天器交会对接和月球车导航中视觉测量关键技术研究与应用共3篇
航天器交会对接和月球车导航中视觉测量关键技术研究与应用共3篇航天器交会对接和月球车导航中视觉测量关键技术研究与应用1航天器交会对接和月球车导航中视觉测量关键技术研究与应用视觉测量技术是航天器交会对接和月球车导航的关键技术之一。
在航天器交会对接中，视觉测量技术主要用于实现对接导航、姿态估计和运动跟踪等目的，而在月球车导航中，视觉测量技术则主要用于实现导航、避障以及地形重建等目的。
本篇文章将就航天器交会对接和月球车导航中的视觉测量关键技术进行深入探讨。
一、航天器交会对接中的视觉测量关键技术航天器交会对接是指在航天器轨道上实现两个航天器的相遇和交会，并最终完成对接的一项技术。
在传统的航天器交会对接中，通常需要使用多种不同的传感器和数据处理技术来实现导航、姿态估计和运动跟踪等目的。
其中，视觉测量技术具有高精度、高灵敏度、实时性好等优点，被广泛应用于航天器交会对接中的导航、姿态估计和运动跟踪等领域。
视觉测量技术在航天器交会对接中主要包括图像采集、目标检测、跟踪与匹配、三维建模和估计等关键技术。
其中，图像采集技术是指通过航天器上配备的相机等传感器采集目标航天器的图像。
目标检测技术是指通过图像识别算法自动提取目标航天器的形态信息。
跟踪与匹配技术是指对目标航天器进行跟踪和匹配，实现其在三维空间中的移动和旋转。
三维建模技术是指基于目标航天器的图像信息估算其三维结构。
估计技术是指利用多源信息对航天器运动状态进行估计，如姿态角、速度和位置等。
二、月球车导航中的视觉测量关键技术月球车导航是指在月球表面实现自主化控制的一项技术。
在月球车导航中，视觉测量技术主要起到导航、避障和地形重建等作用。
具体来说，视觉测量技术主要包括图像采集、特征提取、三维重建、运动估计、地形导航和避障等关键技术。
对于月球车导航中的视觉测量技术而言，图像采集技术同样是一项关键技术。
不同于航天器交会对接，月球车导航中的图像采集通常需要使用多个摄像头来覆盖更广泛的区域。
空间交会对接技术
空间交会对接技术空间交会对接技术是指在太空中两个或多个飞船或航天器进行相互接近并完成对接的技术。
这项技术在太空探索和空间站建设中具有重要意义，为航天员提供了在太空中换乘、补给和维修的便利。
本文将对空间交会对接技术进行详细介绍。
一、空间交会对接技术的背景和意义随着人类对太空的探索不断深入，太空站和空间探测器的数量也不断增加。
为了更好地利用这些航天器，实现太空资源的共享和合作，空间交会对接技术应运而生。
这项技术能够使航天器在太空中相互接近，并通过机械手臂、对接舱等设备实现对接。
通过空间交会对接技术，航天员可以进行换乘、补给、维修等操作，提高航天任务的灵活性和效率。
空间交会对接技术主要依靠航天器上的导航、控制和传感器系统，通过精确的测量和计算，实现航天器之间的相对位置和速度的控制。
具体来说，空间交会对接技术包括以下几个步骤：1. 相对位置和速度的测量：通过航天器上的传感器系统，测量出自身和目标航天器的相对位置和速度。
这些传感器可以是激光测距仪、光学相机、雷达等设备，能够提供精确的测量数据。
2. 控制系统的设计和实现：根据测量得到的相对位置和速度，设计和实现控制系统，使航天器能够按照预定的轨道和速度进行运动。
控制系统通常由计算机、推进器和陀螺仪等组成，能够实现航天器的精确控制。
3. 对接设备的设计和制造：为了实现航天器之间的对接，需要设计和制造相应的对接设备。
常见的对接设备包括机械手臂、对接舱、对接锁等，能够实现航天器的牢固连接。
4. 对接过程的控制和监测：在实际进行对接操作时，需要通过控制系统对对接过程进行控制和监测。
这些控制和监测可以通过传感器和导航系统实现，确保对接过程的安全和准确。
三、空间交会对接技术的应用领域空间交会对接技术在太空探索和空间站建设中具有广泛的应用。
以下是一些典型的应用领域：1. 太空换乘：通过空间交会对接技术，不同的航天器可以在太空中进行换乘。
这对于长时间太空探索任务非常重要，可以减少航天员的疲劳和风险，提高任务的可持续性。
我国载人航天工程交会对接控制技术
㊀V o l ．３１㊀N o ．６㊀１３０㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程S P A C E C R A F TE N G I N E E R I N G ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３１卷㊀第６期㊀２０２２年１２月我国载人航天工程交会对接控制技术发展解永春１,２㊀张昊１,２㊀胡海霞１,２㊀吴宏鑫１,２(１北京控制工程研究所,北京㊀１００１９０)(２空间智能控制技术重点实验室,北京㊀１００１９０)摘㊀要㊀空间交会对接技术是载人航天的一项核心关键技术,中国载人航天工程推动了我国空间交会对接技术长足发展,在载人航天３０年发展历程中,我国空间交会对接技术实现了从无到有㊁从自动/人控到自主㊁从长周期到快速㊁从单一模式到多模式的重大技术跨越.文章论述了在我国载人航天三步走战略实施过程中交会对接控制技术的发展历程,分析后续任务的发展需求,给出了未来交会对接控制技术发展建议.关键词㊀载人航天工程;交会对接;自主快速;自动;人控;遥操作中图分类号:V ４７６㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀D O I :１０ ３９６９/ji s s n １６７３Ｇ８７４８ ２０２２ ０６ ０１６C o n t r o l T e c h n o l o g y D e v e l o p m e n t o fR e n d e z v o u s a n d D o c k i n g f o rC h i n aM a n n e dS p a c eP r o gr a m X I EY o n g c h u n １,２㊀Z H A N G H a o １,２㊀HU H a i x i a １,２㊀WU H o n g x i n １,２(１B e i j i n g I n s t i t u t e o fC o n t r o l E n g i n e e r i n g ,B e i j i n g １００１９０,C h i n a )(２S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y o nS p a c e I n t e l l i g e n tC o n t r o l L a b o r a t o r y ,B e i j i n g １００１９０,C h i n a )A b s t r a c t :R e n d e z v o u s a n dd o c k i n g i s a k e y t e c h n o l o g y o fm a n n e d s p a c e f l i g h t ．P r o m o t e db y Ch i n a M a n n e dS p a c e (C M S )P r o g r a m ,C h i n a sr e n d e z v o u sa n d d o c k i n g t e c h n o l o g y h a sd e v e l o pe d r a p i d l y a n dm a d e a l o t of a c h i e v e m e n t s ．D u r i ng th e ３０Ｇy e a r d e v e l o pm e n t o f C M S ,r e n d e z v o u s a n d d o c k i n g t e c h n o l o g i e s h a v e r e a l i z e d a g r e a t l e a p f o r w a r dd e v e l o p m e n t f r o mi n e x p e r i e n c e t o e x pe r i Ｇe n c e ,a u t o m a t i c /m a n u a l c o n t r o l t oa u t o n o m y ,l o n gp e r i o dt os h o r t p e r i o d ,a n ds i n g l em o d e l t o m u l t i Ｇm o d e ．T h i s p a p e rd i s c u s s e st h ed e v e l o p m e n t p r o c e s so fr e n d e z v o u sa n dd o c k i n g co n t r o l t e c h n o l o g y i n t h e i m p l e m e n t a t i o no fC M S t h r e e Ｇs t e p s t r a t e g y ,a n a l y z e s t h e d e v e l o p m e n t r e q u i r e Ｇm e n t s o f t h e f o l l o w Ｇu p t a s k s ,a n d g i v e s s o m e s u g g e s t i o n s f o r t h e f u t u r e d e v e l o pm e n t o f t h e c o n Ｇt r o l t e c h n o l o g y．K e y w o r d s :C h i n aM a n n e dS p a c eP r o g r a m ;r e n d e z v o u s a n dd o c k i n g ;a u t o n o m o u s a n d f a s t ;a u t o Ｇm a t i c c o n t r o lm a n u a l c o n t r o l ;t e l e o p e r a t i o n 收稿日期:２０２２Ｇ１０Ｇ１９;修回日期:２０２２Ｇ１２Ｇ０８基金项目:国家自然科学基金企业联合基金(U ２０B ２０５４)作者简介:解永春,女,研究员,博士生导师,曾任载人飞船G N C 系统主任设计师,现任空间交会对接领域技术首席,长期从事航天器制导㊁导航与控制技术研究.E m a i l :x i e y o n g c h u n ＠v i p．s i n a ．c o m .㊀㊀航天器交会对接技术是航天领域一项十分复杂㊁难度相当大的技术,是载人航天㊁深空探测㊁在轨服务等重大工程的一项核心关键技术,与载人天地往返㊁航天员空间出舱一起构成载人航天活动三大基本技术.所谓交会对接是指两个或两个以上的航天器在轨道上按预定的位置和时间会合(交会),然后在结构上连接成一体(对接)的全部飞行动作过程[１].参与交会对接的两个航天器通常一个为被动航天器,一个为主动航天器.被动航天器不作机动或做少量机动,称为目标航天器或目标器,例如空间站.主动航天器Copyright ©博看网. All Rights Reserved.需要执行一系列的轨道机动飞向目标航天器,称为追踪航天器或追踪器,例如飞船或航天飞机等.８６３计划 航天技术领域专家委员会首席科学家屠善澄先生在１９８９年就提出我国要开展交会对接预先研究.之后在载人航天３０年发展历程中,我国空间交会对接技术实现了从无到有,从自动/人控到全自主,从长周期到快速的跨越式发展,圆满完成了载人航天工程任务要求,为中国人自己的空间站建设发挥了重要作用.在此过程中,独立自主,取得了一批原创性成果,有力地推动了中国航天技术的发展.本文论述了我国交会对接控制技术在载人航天工程中的研制及应用情况,并结合后续任务需求探讨交会对接控制技术未来发展趋势.１㊀载人一期交会对接控制技术发展按照我国载人航天发展战略,研制了神舟一号至神舟五号飞船,在１９９９ ２００３年,通过４次无人飞行和１次载人飞行,突破了载人航天的天地往返基本技术,初步建成了我国载人航天工程体系.而此时交会对接技术对我国而言还是任重道远,虽然２０世纪８０年代起老一辈航天专家已经开始围绕交会对接的概念和控制方法开展了探索性研究[１],但距离工程实现尚有很大差距.自１９９６年起,针对载人航天应用背景,我国的交会对接技术逐渐进入可行性论证阶段[２].１ １㊀交会对接飞行方案论证跟踪交会对接技术发展趋势,结合我国天地联系弧段短㊁地面测控站数量有限等实际情况,经过充分论证表明我国更适宜发展自主自动的交会对接技术[３],这就决定了我国交会对接技术发展虽然起步较晚,但起点很高.交会对接从距离上讲是一个由远及近的过程,从精度上讲是一个由粗到精的过程.根据任务要求㊁轨道设计㊁测控配置㊁飞船上交会对接测量部件的性能以及交会对接的安全性要求,自动交会对接过程可划分为以下四个阶段:交会段㊁对接段㊁组合体运行段㊁撤离段.交会段又分为远距离导引段和近距离控制段.远距离导引段采用地面测定轨,再通过遥控注入方式进行轨道控制.近距离采用船上自主导航㊁制导和控制方式,所以也称为近距离自主控制段,该段根据距离的远近和制导方式的不同又分为寻的段㊁接近段和最后平移靠拢段.根据上述阶段划分,论证并确定了各阶段交会对接制导㊁导航与控制(G N C)方案,２００４年底载人飞船交会对接制导㊁导航与控制技术攻关总结报告通过评审.１ ２㊀交会测量敏感器选型论证按照工程总体对交会对接技术的要求:要瞄准国际先进水平,具备自动和人控交会对接双重能力.先进的交会对接方案与相对测量敏感器的先进性和能力息息相关,而在当时我国尚无用于交会任务的测量敏感器,国外相对测量敏感器的研制情况主要如下.１)微波雷达早在２０世纪６０年代初期,美国就开始了交会对接测量敏感器的研究.１９６６年,美国双子星座Ｇ８飞船与阿金纳号上面级实现了航天史上首次空间交会对接,使用的测量敏感器是L频段微波交会雷达,可在４５０k m~１５０m范围内测量出与目标飞行器的方位角㊁仰角㊁距离及距离变化率.后续的阿波罗登月和航天飞机计划也主要采用微波雷达.２)激光雷达２０世纪９０年代以来,美国开始发展自主交会对接技术.最具代表性的项目就是 实验卫星系统 (X S S)㊁ 自主交会对接技术演示 (D A R T)卫星和 轨道快车 (O r b i t a l E x p r e s s).实验卫星系统Ｇ１１上的自主交会对接测量系统由主动和被动两种测量敏感器组成.主动测量敏感器为激光成像雷达,可用于几千米内对非合作目标的测距.日本工程试验卫星ＧV I I(E T SＧV I I)近距离自主交会对接也采用激光雷达,作用距离为５００~２m,是合作方式的,反射器安装在目标器上.３)光学成像敏感器美国D A R T计划中,追踪飞行器上装有先进视频制导测量敏感器(A V G S).该敏感器测量距离为５００~０ ５m,视场为ʃ８ʎ,通过发射激光并回波成像解算相对位置和相对姿态.欧洲航天局为阿里安货运飞船(A T V)研制的新型的导航敏感器,通过光学成像测量０~３００m的相对位置,在３０m以内还可输出相对姿态.日本在E T SＧV I I工程试验卫星进行交会对接试验时使用了近距离相对导航敏感器(P X S),可测量０ ３~１０m内的相对位置和相对姿态.从当时的调研情况分析看,微波雷达是交会对接在远距离的主用敏感器,但 将来 的空间交会对接技术将向高精度自主自动交会对接这一方向发展,而激光雷达和光学成像敏感器是高精度自主交会对接技术的重要敏感器,美国㊁日本等航天强国都在开展相关技术验证[４].经过充分论证后,我国的交会对接技术采用远近接力的敏感器配置原则,除了微波雷达外,还把目光锁定在激光雷达和光学成１３１㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀解永春等:我国载人航天工程交会对接控制技术发展Copyright©博看网. All Rights Reserved.像敏感器[５],到２００４年,基本完成了这些单机的可行性论证,并研制了工程样机[６].２㊀载人二期交会对接控制技术发展２００４年１２月,中央专委正式批复载人航天工程第二步立项,交会对接技术研发转入真正的工程研制阶段.经过将近十年的持续攻关,采用２天的交会对接方案,２０１１年１１月㊁２０１２年６月㊁２０１３年６月我国相继发射的神舟八号[７](见图１)㊁九号㊁十号无人和载人飞船分别与天宫一号目标飞行器成功地进行了４次自动交会对接和２次人控交会对接,标志着我国成为世界上第３个独立掌握空间交会对接技术的国家.２０１６年１０月神舟十一号载人飞船㊁２０１７年４月天舟一号货运飞船分别与天宫二号空间实验室成功地进行了自动交会对接,又向空间站建设迈出了关键一步.２ １㊀系统配置及飞行阶段１)系统配置神舟载人飞船㊁天舟货运飞船制导㊁导航与控制(G N C )分系统交会对接控制系统的主要组成如下:由陀螺组合和加速度计组合构成的惯性测量单元,光学姿态敏感器(包括星敏感器㊁红外地球敏感器,数字式太阳敏感器,模拟式太阳敏感器和０Ｇ１太阳敏感器),相对测量敏感器(包括卫星导航设备,微图１㊀神舟八号与天宫一号交会对接F i g １㊀R e n d e z v o u s a n dd o c k i n g o f S h e n z h o u Ｇ８w i t hT i a n g o n gＧ１波雷达,激光雷达,光学成像敏感器),G N C 控制器.此外,飞船配置的执行机构为喷气发动机.喷气发动机有轨控发动机㊁平移发动机和姿控发动机[８].２)飞行阶段虽然在一期飞行方案的初步论证中,已经明确了交会对接任务的几个主要飞行阶段,但是每个阶段经历多长时间㊁每阶段距离如何划分㊁设置多少飞行特征点㊁飞行安全性设计原则如何,这些都是随着工程研制逐一细化和完善的(见图２),同时飞行方案的设计与各相对测量敏感器的性能又是深度耦合,因此系统设计与单机研制又是反复迭代,最终达到工程的可实现[８].图２㊀神舟飞船自动交会对接飞行阶段示意图F i g ２㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo f S h e n z h o u s p a c e c r a f t a u t o m a t i c r e n d e z v o u s a n dd o c k i n g f l i gh t p h a s e s ２３１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀Copyright ©博看网. All Rights Reserved.２ ２㊀自动交会对接１)相对测量及导航研制了基于卫星导航设备㊁微波雷达㊁激光雷达㊁光学成像敏感器等多型高性能导航敏感器的自主测量系统.相对测量系统能够在相距百千米范围内提供相对位置测量,并在百米范围同时测量相对位置和相对姿态参数.不同敏感器的测量范围存在交叠,以确保同一区域至少两种敏感器可用,且测量精度由远及近逐渐提高,满足交会对接制导和控制系统对参数估计性能的要求.其中卫星导航设备作为自主控制段直至１４０m 的主导航敏器,由微波雷达和激光雷达作为备份,主要测量相对位置;１４０m以内由光学成像敏感器作为主导航敏感,测量相对位置和姿态.设计了基于冗余测量融合的组合相对导航算法,具有较好的容错性能[９]２)相对制导载人航天工程二期交会对接任务中的寻的段和接近段,采用了C W 制导[１０]和视线制导两种制导[１１]方式进行接近.(１)C W 制导将H i l l 方程写为如下形式r (t )v (t )æèçöø÷＝A B C D éëêêùûúúr (t ０)v (t ０)æèçöø÷(１)式中:A ,B ,C ,D 分别为R ３ˑ３矩阵;设ω为轨道角速度,则有A B C D éëêêùûúú＝１０６[ωT －s i n (ωT )]４s i n (ωT )ω－３T ０２[１－c o s (ωT )]ω０c o s (ωT )００s i n (ωT )ω０００４－３c o s (ωT )２[c o s (ωT )－１]ω０s i n (ωT )ω００６ω[１－c o s (ωT )]４c o s (ωT )－３０２s i n (ωT )０－ωs i n (ωT )００c o s (ωT )０００３ωs i n (ωT )－２s i n (ωT )０c o s (ωT )éëêêêêêêêêêêêêùûúúúúúúúúúúúú(２)㊀㊀一般情况下的双脉冲接近控制可以描述为:在已知初始位置㊁速度r (t ０),v (t ０),寻求控制脉冲分别作用于初始时刻和终止时刻,使得在给定时间T ＝t f －t ０内,相对位置㊁速度达到r (t f ),v (t f ).根据C W 方程解析解,双脉冲控制需要的速度增量Δv １和Δv ２满足Δv １＝B －１[r (t f )－A r (t ０)]－v (t ０)(３)Δv ２＝v (t f )－C r (t ０)－D B －１[r (t f )－A r (t ０)](４)㊀㊀(２)视线制导视线制导两个目的:①使得相对距离在空间的转动速度为零;②在视线方向上相对距离速率为负.把视线转动角速度方向的控制称为横向控制,把沿视线方向的控制称为纵向控制.对于横向控制,采用图３所示的开关控制策略,以消除视线转动的角速度.纵向控制的目的是使两个航天器按设定的轨迹或设定的走廊逐步接近.㊀㊀图３中ωo n ㊁ωo f f 为开关阀值,由测量精度㊁开启次数㊁推进剂消耗㊁最小工作时间等确定;F 为发动机推力.图３㊀横向开关控制F i g３㊀L a t e r a l s w i t c hc o n t r o l ㊀㊀３)交会对接六自由度控制基于特征模型的智能自适应控制方法是吴宏鑫院士１９９２年提出的,经过近３０年的研究,在理论和应用上均取得了重要进展,形成了一套完整的实用性很强的自适应控制理论和方法[１２].但是,基于特征模型的黄金分割自适应控制器是线性控制器,不能直接应用于解决交会对接这样的喷气非线性控制问题.针对交会对接六自由控制的任务要求和背景特点,创造性地设计了一种基于特征模型的交会对接相平面自适应控制方法,克服了现有设计参数需要人工试凑效率低下的问题,解决了交会对接过程中帆板挠性大㊁羽流干扰严重㊁姿态和轨道耦合㊁系３３１㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀解永春等:我国载人航天工程交会对接控制技术发展Copyright ©博看网. All Rights Reserved.统延迟大情况下鲁棒性好㊁控制精度高㊁适应能力强的控制器设计难题[１３].２ ３㊀人控交会对接人控交会对接是指由航天员借助交会对接人控系统完成的交会对接.交会对接人控系统组成如图４所示,由测量部件㊁控制部件㊁执行部件和仪表显示设备组成.①测量部件包括两类:一类人控惯性测量单元和电视摄像机等人控专用测量设备;一类通用惯性测量单元㊁红外地球敏感器和激光雷达等与自控系统共用的测量部件.其中惯性测量单元和红外地球敏感器用于姿态确定,激光雷达测量信息用于为航天员仪表显示相对距离和相对速度信息.②控制部件包括人控控制器㊁姿态控制手柄㊁位置控制手柄和仪表系统的人控指令发送设备等.③执行部件包括姿态轨道控制发动机等控制设备.④仪表显示设备主要为航天员显示姿态及相关信息.图４㊀交会对接人控系统组成F i g ４㊀S y s t e mc o m po s i t i o no f r e n d e z v o u s a n dd o c k i n g ma n u a l c o n t r o l 航天员通过观察电视摄像机屏幕的图像信息,采用位置和姿态协调控制的方法完成百米范围内的交会对接.保持飞船向目标航天器运动,首先结合陀螺测量信息对飞船的姿态进行视线定向控制,消除飞船相对于视线的偏差,使得目标航天器的图像位于电视摄像机的视场中心.操作姿态和位置控制手柄,不断消除姿态和横向位置偏差,并使飞船以恒定的速度接近目标航天器,完成最后对接[１４].２ ４㊀地面仿真验证航天器飞行试验成本巨大,研发过程主要依靠地面试验模拟飞行环境和状态来验证设计的正确性.仿真试验是一种十分有效的系统设计㊁验证和测试方法,在交会对接研制中被广泛应用.针对上述问题,从交会对接任务需求出发,结合实际条件,开展了仿真验证的相关研究工作,于２００８年研制了国内首个大型近距离交会对接综合仿真验证系统[１５],如图５所示.图５㊀近距离交会对接综合仿真验证系统F i g ５㊀I n t e gr a t e d s i m u l a t i o na n dv e r i f i c a t i o n s y s t e mf o r c l o s e r a n g e r e n d e z v o u s a n dd o c k i n g该仿真验证系统不仅可连续对目标飞行器与追踪飞行器在轨近距离交会对接物理运动过程进行逼真模拟,而且通过灵活的设备配置可完成各种交会对接测量敏感器单机的性能验证和交会对接控制系统设计的闭环验证,其较大的运动范围㊁多达九个运动自由度的模拟量㊁多功能验证试验模式设计在国际上也具有鲜明特色.在我国交会对接技术的研发过程中,利用近距离交会对接综合仿真验证系统实现了对交会对接各对接方向接近㊁撤退和撤离等多种飞行工况控制设计的上千次地面仿真验证,为交会对接技术的不断优化㊁改进提供了重要基础数据,为我国多次在轨交会对接任务的圆满成功奠定了坚实基础.３㊀载人三期交会对接控制技术发展２０１３年,在神舟十号与天宫一号交会对接任务结束后,交会对接控制团队启动了自主快速交会对接的技术调研㊁方案研究工作[１６].国家科技部９７３项目 全天时全方位多形式安全交会对接精确控制理论及方法研究 也于同年立项,为自主快速交会对接提供了理论基础.我国完成载人航天工程二期交会对接任务后,在载人航天工程三期空间站组建和运营过程中,交会对接任务更加密集,开发高效㊁强适应性的自主快速交会对接方案具有非常重要的意义.此外,对于货运飞船㊁空间站实验舱等无人航天器,为了提高交会对接可靠性,还需要增加人控遥操作交会对接.２０２０年具有自主知识产权的载人三期追踪航天器全自主通用交会对接方案设计报告通过评审.４３１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀Copyright ©博看网. All Rights Reserved.２０２１ ２０２２年,天舟二号[１７]/三号/四号/五号㊁神舟十二号/十三号/十四号/十五号相继发射,采用６ ５h全自主快速交会对接主任务模式和２h超快速交会对接模式(天舟五号),分别与空间站天和核心舱成功实现了前向㊁后向和径向交会对接;问天/梦天实验舱采用１３ ５h天地一体快速交会对接模式,相继与天和核心舱成功实现前向交会对接.２０２２年１月,神舟十三号航天员乘组在空间站核心舱内采用人控遥操作方式,圆满完成天舟二号货运飞船与空间站组合体的交会对接试验.我国空间站建造阶段的交会对接任务全部圆满完成.３ １㊀全相位多模式自主快速交会对接在已有载人航天工程二期远距离导引地面制导算法研究及前期远距离快速交会技术调研和方案研究的基础上,提出了基于火箭入轨条件,且适应性较好㊁具有较大故障容忍能力的自主远距离交会方案,如图６所示.与俄罗斯的准共面发射实现两圈快速对接不同[１８],该方案包括基于锚点设定和时空折叠的调相策略㊁多变量协调的自主安全快速交会对接制导策略和算法㊁故障处置策略等.相关算法计算量小㊁可靠性高,可应用于航天器在轨自主计算.通过研究制导脉冲和相位角调整的规律,针对入轨轨道条件给出了最短时间交会对接的相位调整能力,使得该方案在推进剂消耗基本保持不变的条件下,可大大增加追踪航天器和目标航天器的初始相位差,最大程度的适应火箭入轨偏差,提高任务实施的宽松度.采用该方案,近地轨道交会对接飞行时间可在２h~３d范围内自适应调整.图６㊀自主快速交会对接过程示意图F i g ６㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo f a u t o n o m o u sq u i c k r e n d e z v o u s a n dd o c k i n gp r o c e s s ３ ２㊀人控遥操作交会对接相对于载人航天工程二期载人飞船的人控交会对接,从货运飞船开始,在原有载人飞船人控交会对接功能的基础上,又新增了人控遥操作交会对接功能.由于摄像机依然配置在来访飞行器上,但航天员人控遥操作是在空间站上,因此为满足人控遥操作的需求,增加了遥操作摄像机㊁图像压缩编码解码单元及空空无线高速传输等设备.与载人飞船的直接人控交会对接技术相比,人控遥操作交会对接系统架构变化明显㊁控制回路的时延更大.大时延条件下的交会对接控制是人控遥操作系统设计的难点,为满足控制系统方案要求,载人三期任务研制中对时延控制进行了专门设计,对各个时延环节进行了严格控制,目前在轨应用可以满足使用需求[１９].３ ３㊀复杂航天器高精度鲁棒控制以复杂航天器交会对接高精度鲁棒控制为背景,不断丰富和发展基于特征模型的相平面高精度控制及实现方法.在理论上,首次提出了相平面闭环控制稳定性定理,解决了相平面控制稳定性证明的科学难题,给出了保证系统稳定的相平面参数关联机理和约束关系,为相平面控制参数设计奠定了重要理论基础[２０Ｇ２２].在方法上,建立了目标相对运动的特征模型,总结提炼了一种基于特征模型的相平面自适应控制方法,通过将目标转动角速度引入相对运动方程推导,分析捕获瞬时对接轴的控制能力需求(见图７),相平面参数设计根据需求分析结果及稳定性条件,随目标转动特性㊁纵向距离等进行自适应调整,作为一种参数可设计的相平面位置姿态控制方法,实现了复杂航天器多模式交会对接位置姿态高精度鲁棒控制.上述控制方法为载人飞船㊁货运飞船等复杂航天器交会对接任务的成功实施,提供了重要的技术支撑.这些方法不仅适用于空间交会对接任务,还具有较强的通用性,可以应用于其它高阶㊁慢时变㊁大延迟㊁强干扰航天器的喷气控制,如带有挠性太阳帆板的充液卫星的姿态轨道控制㊁大挠性航天器喷气控制等,丰富发展了基于特征模型的自适应控制理论方法.图７㊀捕获瞬时对接轴F i g ７㊀C a p t u r e i n s t a n t a n e o u s d o c k i n g a x i s５３１㊀㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀解永春等:我国载人航天工程交会对接控制技术发展Copyright©博看网. All Rights Reserved.３ ４㊀发动机最优配置和指令分配从载人航天工程二期开始,交会对接控制团队在国内就率先开展了交会对接姿轨控推力器指令分配及配置问题研究[２３],经过载人航天工程三期的深入研究,①提出了一种多执行机构最优控制指令分配方法.针对复杂任务多执行机构位置控制和姿态控制互相耦合干扰,影响控制精度和稳定度,且使用效率较低的问题,考虑每台执行机构在复杂任务所有控制维度上的输出,将控制指令分配问题转化为针对控制指令的精确方程组求解问题,并基于推进剂消耗等性能指标获得唯一最优解,从而提高复杂航天器位置姿态六自由度控制精度和稳定度,并减少推进剂消耗[２４].②提出了一种复杂任务多执行机构构型优化设计方法.针对复杂任务执行机构配置数量过多且使用效率低的问题,通过建立构型参数与各执行机构输出的控制量之间的矩阵关系,将考虑偏差和故障冗余的执行机构配置数量问题转化为使得方程组有解的矩阵可逆问题,得到控制任务维数与执行机构数量间的确定关系.将布局优化问题转化为非线性规划问题,根据基于性能指标的构型优化模型,并结合任务需求和约束得到性能最优的构型设计结果,解决了执行机构构型设计技术难题,使复杂航天器的发动机配置数量大幅下降[２５Ｇ２６].４㊀后续发展需求与展望４ １㊀载人登月和深空探测我国载人航天工程和月球探测工程作为国家科技发展的两项重大工程,正按照既定计划稳定有序的开展.推进以载人登月为目标的月球探测任务是我国下阶段航天活动的必然趋势,也是我国航天事业持续发展的重大举措.实施月球轨道交会对接可大幅减小从地球或月面发射航天器的规模,有效降低对起飞运载能力的要求.因此,月球轨道交会对接技术是载人登月和建立月球基地的支撑性技术之一.月球空间环境与地球差异很大,而相较于无人月球探测任务,载人登月任务探测器规模更大,结构更为复杂,在任务类型㊁快速性㊁自主性和安全性等方面,对交会对接技术提出了新的要求.在深空探测方面,我国已实现了无人月球采样返回,未来还要实施火星采样返回㊁小行星采样返回等.由于距离更加遥远,不确定性更大,对交会对接的智能性和自主性要求会越来越高.４ ２㊀在轨服务太空中有大量航天器在轨运行,承担着通信㊁气象㊁探测和导航等任务,这些航天器与我们生活密切相关,对人类社会进步和科技发展起着重要作用.航天器经过长时间运行,其器件容易老化并发生故障,同时,随着技术的进步,在轨航天器的关键部件也需要升级换代,目前只能通过发射新的航天器,替代旧的故障航天器来实现上述目标.对故障航天器开展在轨维护可以有效延长航天器使用寿命,降低航天发射和运行成本,因此在轨维护是重要的发展趋势.在轨维护要对接的航天器通常是非合作目标,针对非合作目标的交会逼近或对接停靠控制和合作目标有很大的不同,因为非合作目标通常没有运动控制能力,交会的目标轨道一般是椭圆轨道,若要实现与这些目标的交会对接或者捕获,必须研究基于一般椭圆轨道的交会对接技术.４ ３㊀基于人工智能的空间交会对接技术智能航天器是指具备态势感知㊁信息融合㊁自主决策㊁组网协同,可实现自主㊁高动态与分布协同工作,具有自主学习能力的航天器.智能是未来航天器成功自主执行各种复杂交会对接任务的主要手段,通过在航天器上建立远程智能体,不依赖外界的信息注入和控制或者尽量少依赖外界控制而能够准确的感知自身的状态和外部环境,实现航天器的自我管理㊁自行完成感知㊁决策和执行.利用深度强化学习技术,通过学习训练,使航天器具备以观测到的目标航天器图像序列为输入,通过自身控制完成与目标航天器的交会和对接过程.智能交会对接具备人控交会对接鲁棒性强的特点,具备学习能力,能够适应更大的不确定性,具有更广阔的应用前景.５㊀结束语中国载人航天工程推动了我国空间交会对接技术的长足发展,在载人航天３０年发展历程中,作为载人航天的基本技术,我国的空间交会对接技术实现了从无到有㊁从自动/人控到自主㊁从长周期到快速㊁从单一模式到多模式的重大技术跨越,圆满完成了载人航天三步走战略,同时也促进了航天器自主控制技术的发展,为航天强国建设贡献了力量.参考文献(R e f e r e n c e s)[１]林来兴．空间交会对接技术[M]．北京:国防工业出版６３１㊀航㊀天㊀器㊀工㊀程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３１卷㊀Copyright©博看网. All Rights Reserved.。
激光传感器用途
激光传感器用途
激光传感器是一种常用的测量工具，其应用范围非常广泛。
它利用激光束对物体进行非接触式测量，可以获得高精度的距离和位置信息。
以下是激光传感器的一些主要用途：
1. 工业生产：激光传感器可以用于自动化生产过程中的测量和检测。
例如，在制造汽车或机器人时，激光传感器可以测量零件的尺寸和形状以确保其符合要求。
2. 航空航天：激光传感器可以用于飞机和卫星的导航和定位。
它可以测量飞机或卫星与地面之间的距离，并且可以通过激光反射来确定其位置。
3. 医疗保健：激光传感器可以用于医疗诊断和治疗。
例如，在眼科手术中，激光传感器可以精确测量眼球的形状和位置，以便进行手术。
4. 环境监测：激光传感器可以用于监测大气污染和天气变化。
例如，通过测量激光的散射和吸收，可以确定空气中的气体浓度和颗粒物的含量。
总之，激光传感器具有高精度、快速、无接触等特点，在许多领域都有着广泛的应用。
- 1 -。
激光测距传感器的原理及应用
激光测距传感器的原理及应用激光测距传感器是一种基于激光技术的测量设备，广泛应用于工业自动化、机器人导航、建筑勘测等领域。
本文将介绍激光测距传感器的工作原理和常见应用。
一、激光测距传感器的工作原理激光测距传感器主要通过发射激光束并测量激光束的回波时间来实现测量距离的功能。
其工作原理可以简单地描述为以下几个步骤：1. 发射激光束：激光测距传感器通过激光器发射脉冲激光束，通常使用红外激光，具有较高的能量密度和较小的散射特性。
2. 接收回波信号：激光束照射到目标物体上后，会产生反射，并形成返回的回波。
激光测距传感器的接收器接收并记录回波信号。
3. 计算时间差：通过测量激光束发射和接收之间的时间差，可以计算出激光束往返的时间。
4. 计算距离：根据激光在空气中的传播速度，将时间差转化为距离。
速度和时间的关系可以通过光速和时间差的乘积得到。
二、激光测距传感器的应用1. 工业自动化：激光测距传感器广泛应用于工业自动化领域。
例如，在机器人导航中，激光测距传感器可以实时测量机器人与周围障碍物的距离，以避免碰撞。
此外，在生产线上，激光测距传感器可以用于测量物料的位置和距离，以实现自动化控制。
2. 建筑勘测：激光测距传感器在建筑勘测中有重要的应用。
它可以准确地测量建筑物的高度、宽度、深度等参数，为工程设计和施工提供基础数据。
激光测距传感器的高精度和快速测量速度使其成为现代建筑勘测领域不可或缺的工具。
3. 航天航空：激光测距传感器在航天航空领域也有广泛应用。
它可以用于测量火箭发动机的姿态和位置，以及航天器与地球之间的距离。
激光测距传感器的高精度和抗干扰能力使其适用于高速运动和复杂环境下的测量任务。
4. 环境检测：激光测距传感器还可以用于环境检测，例如空气污染监测和地质勘测。
通过测量激光传播过程中的散射、吸收和衰减等参数，可以获取目标物体的形状、材料和光学特性等重要信息。
综上所述，激光测距传感器通过发射激光束并测量回波时间来实现测距的功能，其原理简单而高效。
美国的空间交会对接技术
美国的空间交会对接技术为了给“阿波罗”登月计划作技术准备，美国研制和发射了“双子星座”系列两舱式飞船，用于突破和掌握太空行走和空间交会对接技术。
1966年3月，美国“双子星座”8号飞船与由“阿金纳”火箭末级改装的目标航天器实现了世界上首次交会对接。
1969年7月，美国“阿波罗”指令舱与登月舱实现了首次月球轨道人控交会对接。
进入20世纪80年代，美国投入巨大的人力、物力，研究开发出世界上第一架航天飞机，为了建造国际空间站，航天飞机在20世纪90年代安装了交会对接装置，并分别与“和平”号空间站和国际空间站多次对接，大大扩大了航天飞机的用途。
世界首次空间交会对接1966年3月16日，在航天员手控操作下，美国“双子星座”8号飞船与“阿金纳”目标航天器完成了世界首次空间交会对接。
其交会测量系统采用微波雷达、电视摄像机，目标航天器上还装有应答机。
对接操作采用自动、手动两种方式，此后，“双子星座”，又成功进行了3次空间交会对接。
“阿波罗”飞船的交会对接“阿波罗”登月飞船往返月球一次，需在空间进行两次交会对接。
第一次是指令舱在地球轨道分离后调头180°，指令舱与登月舱对接；第二次是登月舱由月球返回时与月球轨道上的指令舱对接。
在“阿波罗”飞船的登月过程中，为了保证在缺少地面支持的月球轨道上交会对接的安全性，其指令舱和登月舱都可作为追踪航天器，都具备一定的自动化能力。
通常，交会对接任务规划由地面完成，但是船上系统具有对目标定位并自主机动的能力。
最终的捕获和对接则是由航天员完成的。
其交会测量系统采用x频段交会雷达，最终采用手动完成。
其对接机构采用可移开的“杆-锥”式结构。
1969年7月～1972年12月，美国先后发射了“阿波罗”11号～17号共7艘登月飞船，除“阿波罗”13号发生意外事故中止登月任务外，其余6次完全成功。
这说明“阿波罗”飞船使用的交会对接技术是可靠的，且适合多次使用。
“天空实验室”的交会对接1973年5月，美国发射了第一座试验性空间站——“天空实验室”，它装有新研制的“多用途对接舱”，能同时提供2个对接口，其交会测量系统和对接机构基本与“阿波罗”飞船所用的相同。
航空航天中的交会对接与航天器运行控制
航空航天中的交会对接与航天器运行控制航天是人类探索外太空的一种方式，而交会对接和航天器运行控制更是航天任务中不可或缺的环节。
本文将从交会对接和航天器运行控制两个方面详细介绍航空航天中的相关技术。
一、交会对接交会对接是指两个空间器在太空中进行精确接近并实现连接的技术。
这个过程需要在特定轨道上实施，非常严格的时间安排、准确的轨道计算和复杂的协调规划。
此外，还需要达成双方各自的动力学环境，确保交会对接成功。
（一）交会过程交会过程根据航天器的功能和任务目标略有不同，主要分为几个阶段：1.分离阶段：航天器在发射后进入预定轨道，完成火力纠正机降噪和卫星释放。
2.初始对接：在一个的靠近控制点接近速度约为1μm/s的初始状态下，保持在指定区域内等待进一步指令。
3.互动接近：在完成了大范围轨道追踪后，控制器可以根据实时数据和航天器的轨道预测等信息添加一些控制命令，实现小范围的区域内的接近、停留和直线平移等动作。
4.靠近换目标:靠近交会点后，按照事前规划，控制器可以发送信号，使航天器改变前往目标航天器的方向，并利用航天器的视觉系统和其它分析技术来实现接近过程的动态调整。
5.接触阶段：当两个航天器已经到达大致同一位置时，控制器发送接触指令，进行最后的接触操作。
此过程是由各种感应器协同检测、配合、控制、实现自主完成的。
（二）交会对接的技术难点交会对接技术的高度要求，必须综合掌握的技术中包括：能耗能控技术、定向锚定技术、卫星对接技术、空间机械臂技术、小推力控制技术、非线性动力学控制技术、图像伺服技术、激光测距测速技术、高精度跟踪和定位技术以及智能化控制技术等多种领域知识。
二、航天器运行控制航天器运行控制是指系统地掌握空间飞行器的运行方式、如何对其运行进行维护和控制。
航天器的运行控制通常分为动力学控制、姿态控制、运动控制和通信控制等几个方面。
（一）动力学控制动力学控制是航天器运行控制的核心，也是保证航天器系统稳定性和控制能力的关键。
光电传感器在航空航天领域中的应用
光电传感器在航空航天领域中的应用光电传感器是一种利用光电效应、光致电化学效应等物理效应实现电-光-电转换的检测器件，其具有精度高、响应快、不受电磁干扰、耐高温等优点。
在航空航天领域中，光电传感器被广泛应用于飞控、卫星通信、飞行器安全管理、气象探测等领域。
一、光电传感器在飞控系统中的应用
在飞行器控制中，光电传感器主要起到角度测量作用。
光电传感器可测量飞行器姿态角、速率、加速度、位移等，将这些信息反馈给飞行控制系统，实现飞行器的自主控制。
此外，光电传感器还可用于滑翔机、火箭等空中探测器的制导定位。
二、光电传感器在卫星通信中的应用
卫星通信中，光电传感器主要应用于可见光通信系统。
可见光通信系统是一种新型的无线通信方式，具有带宽高、安全性强、抗干扰等优点。
光电传感器可用于接收发射光信号，实现信息的传递与交换。
此外，光电传感器还可用于卫星姿态控制系统，提高卫星的稳定性和控制精度。
三、光电传感器在飞行器安全管理中的应用
在飞行器的安全管理中，光电传感器可以用来检测飞行器各种状态参数，如高度、速度、温度等。
通过这些参数的检测，可以及时发现飞行器的异常情况，并且进行控制和处理，保证飞行器的安全。
四、光电传感器在气象探测中的应用
光电传感器在气象探测中的应用较为广泛。
光电传感器可以检测大气中的各种气体、污染物、云雾等，获取大气的成分、成分浓度等信息。
这些信息可以用于气象预报、污染物监测、天气预测等。
总体来看，光电传感器在航空航天领域中的应用前景广阔，其在飞行控制、通信、安全管理、气象探测等领域中的应用，将为航空航天行业带来更多的技术优势和安全保障。
光电传感器技术在航空航天中的应用
光电传感器技术在航空航天中的应用随着现代科技的快速发展，传感器技术得到了大幅度的提高和发展。
在诸多的传感器技术中，光电传感器技术因其高度的精准度、快速响应、稳定性等优势而在航空航天领域得到广泛的应用。
一、光电传感器技术的优势传感器是一种测量感知物理量、化学量或生物量等的装置。
传感器的功能是将感知到的信息转换为可用于测量、控制和信息处理的信号。
其中，光电传感器是一种能够将光信号转化为电信号的设备，具有以下优势：1. 高精度光电传感器技术具有极高的测量精度。
正因为光电传感器可以在纳秒级完成光信号的转化，可以测量非常微小的光信号变化，可以获得非常精准的测量结果。
2. 快速响应光电传感器的响应速度很快，能够接收和处理高速传输的光信号，能够把快速变化的光信号转化为电信号，得到准确的测量结果。
3. 高稳定性光电传感器的稳定性较高，具有较长的使用寿命和较高的可靠性。
同时光电传感器也不会受到电磁信号的干扰，能够保持高质量的测量。
二、航空航天领域中，光电传感器技术可以得到广泛应用。
随着科技的发展，航空航天领域中的航行、控制等越来越需要高精度、快速响应、高稳定性的传感器技术。
光电传感器技术的优点使其在进入航空航天领域后，得到了大量的应用。
1. 飞行控制在航空航天中，光电传感器技术的最主要应用是飞行控制。
传感器能够实时测量航空器的运动状态，通过数据传递给控制系统进行飞行校正和姿态控制。
同时，光电传感器还可以对陀螺仪和绕组的运动状态进行实时检测，从而不断提高飞行控制系统的稳定性和安全性。
2. 空间地球物理探测磁强计和测经仪等传统的空间物理探测器有着较低的准确性和响应速度等不足之处。
利用光电传感器技术，可以有效地解决这些问题。
光学遥感技术和光电传感器的应用能够提高地球物理探测器的任何一个方面，可实现更高分辨率、更高准确性和更高灵敏度的感知结果。
3. 气象预报气象预报也是光电传感器技术的应用之一。
针对气象预测中的雾、雾水含量、云层高度和地面温度这些指标，光电传感器技术的应用能够较好地获取指标测量值，从而提高天气预报的准确性，并为后续的天气决策提供有效依据。
航天器交会对接激光雷达成像技术
航天器交会对接激光雷达成像技术易予生;陈晓光;刘超【摘要】针对交会对接任务的特点,跟踪国际上先进的激光雷达应用发展趋势,提出了基于脉冲测距方法的激光雷达三维成像方法。
通过该方法对平面场景和随机起伏场景进行了成像仿真,仿真结果与设定的场景一致,验证了该校正方法的有效性和正确性,从而能够为本国交会对接任务提供参考。
%According to the characteristics of Rendezvous and docking,a 3-D radar imaging method based on pulse ranging is proposed in this paper,which conforms to the latest trend of the laser radar development.A plane scene and a random fluctuant scene imaging are simulated.Simulation results demonstrate the accuracy and validity of the proposed algorithms.This method serves as a reference for China's rendezvous and docking mission.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2012(025)010【总页数】4页(P125-127,144)【关键词】交会对接;激光雷达;成像【作者】易予生;陈晓光;刘超【作者单位】中国空间技术研究院载人航天总体部,北京100094;中国空间技术研究院载人航天总体部,北京100094;中国空间技术研究院载人航天总体部,北京100094【正文语种】中文【中图分类】TN958.98空间交会对接测量技术主要是对两个或多个航天器在交会对接时的相对轨道位置、速度和姿态角等参数进行测量，是空间补给、空间组装及空间救援等任务的核心支撑技术，也是国内载人航天工程第二步战略的关键技术。
激光传感器工作原理
激光传感器工作原理
激光传感器是一种利用激光技术进行测量和检测的传感器，其工作原理主要基
于激光的发射、传播和接收。
激光传感器具有高精度、快速响应和非接触式测量的特点，被广泛应用于工业生产、科学研究、医疗诊断等领域。
首先，激光传感器的工作原理基于激光的发射。
激光器产生的激光束经过适当
的光学系统聚焦后，形成一束细小的光斑，这个光斑可以用来照射到目标物体上。
其次，激光传感器的工作原理涉及激光的传播。
激光束照射到目标物体表面后，会发生反射、散射或吸收，其中反射光线会被传感器接收器接收，而散射和吸收则不会被接收。
接着，激光传感器的工作原理还包括激光的接收。
接收器接收到反射光线后，
通过光电转换将光信号转化为电信号，然后经过信号处理电路进行放大、滤波、数字化等处理，最终得到目标物体的相关信息。
最后，激光传感器的工作原理还涉及信号处理和数据分析。
经过信号处理电路
处理后的电信号会被送入微处理器进行数据分析和处理，从而得到目标物体的距离、形状、表面特性等信息。
总的来说，激光传感器的工作原理可以概括为激光的发射、传播、接收和信号
处理。
通过这一系列过程，激光传感器能够实现对目标物体的高精度、快速、非接触式测量和检测，具有广泛的应用前景和市场需求。
交会对接与传感器技术
测距位移传感器——激光雷达 激光雷达 测距位移传感器
测距位移传感器——激光雷达 激光雷达 测距位移传感器
组成 ： 它由激光发 射机、光学接收机、 转台和信息处理系统 等组成，激光器将电 脉冲变成光脉冲发射 出去，光接收机再把 从目标反射回来的光 脉冲还原成电脉冲， 送到显示器。
测距位移传感器——激光雷达 激光雷达 测距位移传感器
基本原理 ： 激光雷达最基本的工作原理与无线电雷达 没有区别，即由雷达发射系统发送一个信号， 经目标反射后被接收系统收集，通过测量反射 光的运行时间而确定目标的距离。 至于目标的径向速度，可以由反射光的多 普勒频移来确定，也可以测量两个或多个距离， 并计算其变化率而求得速度，这也是直接探测 型雷达的基本工作原理。
交会对接与传感器技术
交会对接与传感器技术
1、整体介绍交会对接 2、应用的传感器技术 3、测距传感器——激光雷达
交会对接简介
“交会”即是两航天器，在预定的时间，抵达一定的轨 道和空间； “对接”即是使两航天器连接在一起。在空间预定轨 道上运行目标飞行器，去追踪飞行器交会对接。 航天器对接装置是用来实现航天器之间对接、连接与 分离的装置。通过它，可以实现两个航天器机械、电 气、液路的连接。二者通过对接组成轨道复合体后， 可实现人员、物资的转移。
交会对接过程中应用的传感器技术
精确测量两个航天器的相对速度 ： 广泛应用于航天测控网中的是连续波测速 系统。连续波测速按高稳定度振荡源所在位置 分为单向测速和双向测速，单向测速的振荡源 安装在航天器上，双向测速的振荡源配置在测 控站。 应用多普勒效应速度传感器，或采用基于 位置和时间传感器的方法测量相对速度，例如 GPS传感器测速。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
度计 （ Ｉ Ａ ） 不仅 仅 是作 为一种 科 学 观测 设 备 ， ＬＤ Ｒ ， 也是作 为 一种 到小行 星 “ 豆河 ” 伊 的主要 相 对导 航 手段来 使用 ， 为 空 间 任 务 的 圆满 完 成 做 出 了贡 它 献 。另外 ， 虽然 并不 是在 交 会 对接 中使 用该 设备 ，
１ 引 言
宇 宙 飞 船 交 会 是 指 两 艘 飞 船 在 宇 宙 空 间接
为： 使用 电波的传感 器 ， 用光学 照相机 的传感 使 器 ， 使 用激 光 的传 感 器 。 因激 光 传 感 器 具 有 信 及
号 发散 小 、 量 能 够 集 中 的 特 点 ， 且 激 光 是 单 能 并 色， 只需 用光 学 滤 光 镜 就 能提 取 出具 有 特 定 波 长
洲 ） Ｈ Ｖ（日本 ） 研 发 中的 宇 宙 飞 船 也 不 计 其 及 Ｔ 活 动 ， 会 对 交 接技 术是 至关 重要 的。本 文 所 述 的基 于 光 学技 术 的飞船交 会 对 接 传 感 器 ， 当前 正 在 研 发 的 日产 是 Ｈ Ｖ用交会 对 接激 光传 感器 。 Ｔ
２ 宇宙飞船交会对接与激光传感器
交会 对接 传感 器 （ Ｖ ） 测量 跟 踪 飞 船 与 目 Ｒ Ｓ是 标 飞船相 对位 置 的设 备 ， 在逼 近 目标进 行 导 航 、 它 制导 与控 制 中承 担 着 不 可 或 缺 的作 用 ， 以说 是 可
交会 对接 技术 的核 心部 分之 一 。该 Ｒ Ｓ大致 可分 Ｖ
近， 相伴 飞行 。国际 宇宙空 间站 （Ｓ ） ＩＳ 自正 式 开始
运 营 以来 ， 断有 各 国宇 航 机 构 的飞 船 接 近 、 会 不 交
的信 号 ， 此 能 够 很 容 易 地 提 高 信 号 信 噪 比。所 因
以 ， 于 在光学 环境 复 杂 的宇 宙 空 间进 行 的 ， 较 对 从 远距 离 就要 求 稳 定 测 量 的交 会 对 接 来 说 ， 光 是 激
视场 大小 、 测量 精度 等要 求 不 同 ， 在方 式 和性 能 上
也各 有差 异 。我 国 （ 日本 ） 世界 上 较早 开发 技 指 是 术试 验 卫 星 “ 女 星 、 牛 星 ”交 会 对 接 雷 达 织 牵 （ Ｖ 的 国家 ， 成 功进行 交会 对 接试 验 的经 验 。 Ｒ Ｒ） 有 并且 ， 在小 行 星空 间探 测 仪 “ ” 搭 载 的激 光 高 隼 上
第 ３期 ２１ ０ ２年 ｏ ９月
电
光 系
统
Ｎｏ． ３
Ｅｌ ｃｒ ｎ ｃ ａ ｄ Ｅｌ ｃｒ — ｐ ｉａ ｙ ｔｍ ｓ ｅ ｔｏ ｉ ｎ ｅ ｔｏ ｏ ｔｃ ｌＳ ｅ ｓ
Ｓ ｐ． ２ ２ ｅ ０１
航 天 器 交 会 对 接 用 激 光 传 感 器
摘
要 ： 量和评 估 与 目标 飞船 相 对位 置的 交会 对接 传感 器是 空 间交会 对接 任务 的一 个 关 测
感 器（ Ｖ ） Ｒ Ｓ 中图分 类号 ：Ｎ ５ ． ８ Ｔ ９８９ 文献标 识码 ： Ａ
Ｌａ ｅ ｅ ｓ ｒｆｒＳ ａ ｅ ｒ ｆ ｎ ｅｖ ｕ ｎ ｃ ｉｇ ｓｒＳ ｎ ｏ ｏ ｐ ｃｃ ａｔＲｅ ｄ ｚ ｏ ｓａ ｄＤｏ ｋｎ
Ａｂｓｒ ｃ ： ｒ ｎ ｚ ｏ ｅ ｏ ，ｗｈ ｃ ａ ｕ ｅ ｎｄ ｅ ｔｍａｅ ｅ ａｉｅ ｐ ｓｔｏ ｔ ｅ ｐｅ ｔ ｔ ａ ｇ ｔｓ ａ ｅ ｔ ａ ｔ Ａ ｅ ｄｅ ｖ ｕｓｓ ｎｓ ｒ ｉ ｈ ｍｅ ｓ ｒ ｓ ａ ｓｉ ｔｓ ｒ ｌｔｖ ｏ ｉ ｎ ｗｉ ｒ ｓ ｃ ｏ ａ ｔｒ ｅ ｐ ｃ — ｉ ｈ ｃ ａｔ ｓａ ｃ ｉ ｃ ｌｃ ｍｐ ｎ ｎ ｏ ｅ ｄ ｚ ｏ ｓａ ｄ ｄ ｃ ｉ ｇ ｍｉｓｏ ｓ ｉ ｐ ｃ ．Ｔｈ ｅ ｄ ｚ ｏ ｓ１ ｓ ｒｓ ｎ ｏ ｒＨ－ ｒ ｆ．ｉ ｒｔ ａ ｏ ｏ ｅ ｔｆ ｒｒ ｎ ｅ ｖ ｕ ｎ ｏ ｋ ｎ ｓ ｉｎ ｎ ｓ ａ ｅ ｉ ｅ ｒ ｎ ｅ ｖ ｕ ｅ ｅ ｓ ｒｆ ａ ｏ
Ｉ Ｔ ａ ｓ ｅｉｌ ＨＴ Ｉ ｒｎ￣ｒ ｈｃｅ（ Ｖ）ｈｓｂ ｅ ｖｓ ｇｔ ｎＪ Ｘ Ｉ ｉ ａ ｉｌ， ｓ ｕ ｄｍｅ ｔ ｅｉ ｏｃｐ ｎ Ｖ ａ ｅｎｉ ｅｔ ａｅ ｉ Ａ Ａ．ｎ ｔ ｓ ｒｃ ｉ ｎ ａ ｎａ ｄ ｓ ｎｃｎ ｅｔａｄ ｎ ｉ ｄ ｈ ｔ ｅ ｔｆ ｌ ｇ
对 接 ， 送人 员 与货 物 。 目前 在 ＩＳ运 行 的有航 天 运 Ｓ
飞 机 （ 国） 联盟 号 和 进 步 号 （ 罗 斯 ） Ａ Ｖ（ 美 、 俄 、 Ｔ 欧
合适 的测 量方 式 。 宇宙 飞 船 交 会 对 接 激 光 传 感 器 性 能 已 被 证
实 ， 有部 分 已实 用 化 ， 有 代 表性 的产 品如 表 １ 并 具 所示 。这 类产 品依 据 目标 类 型 、 用 的距 离范 围 、 使
键 组 成部 分 ， Ｘ 日本 宇 宙开发研 究机 构 ） 发 了 Ｈ一 Ⅱ补 给 移 动 式 飞行 器 （ Ｔ 用 交 Ｊ Ａ（ ， Ａ 研 Ｈ Ｖ）
会对接 激 光传 感 器 ， 文介 绍 了其基 本设 计理 念和 试验模 型 的测 试结 果。 本
关键 词 ： 天器 交会 对接 ； 航 导航 传 感 器 ； 光 器 ； —Ｉ补给 移 动飞行 器 （ Ｔ ； 激 Ｈ Ｉ Ｈ Ｖ） 交会 对接 传
ｓ ｍｅ ｔ ｓ ｅ ｕ ｔ ｆｔ ｒ ａ ｂ ａｄ ｍｏ ｅ ｒ ｒ ｓ ｎ ｅ ｏ ｅ ｔｒ ｓ ｌｓｏ ｈｅ ｂ ｅ ｄ ｏ ｒ ｄ ｌａ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔｄ．
Ｋｅ ｒ ｓ Ｓ ａｅｒｆ Ｒ ｎ ｅｖｕ ； ａｉａ ｏ ｅ ｓｒＬ ｓｒＨ一 Ｔ ａｓ ｒＶ ｈｃ （ Ｔ ； ｅ ｄ ｚｏ ｙｗｏｄ ：ｐｃ ｃａ ｅ ｄ ｚｏ ｓ Ｎ ｖ ｔ ｎＳｎ０ ； ａｅ ； Ⅱ ｒｎｆ ｅ ｉ ｅ Ｈ Ｖ） Ｒ ｎ ｅｖ ｕ ｔ ｇｉ ｅ ｌ