空间碎片的激光雷达探测

为了利用激光雷达对空间碎片进行探测,根据空间环境和空间碎片的特性,给出了空间中的激光雷达作用距离的具体表现形式,并详细分析了空间的背景辐射并给出了处理后的结果,从而推导出最小可探测光功率的计算公式,进而给出了系统所需最小发射光功率和探测系统的信噪比。结果表明,利用激光雷达可以对几十千米范围内的较大空间碎片进行探测。     

空间碎片天基光子计数激光探测研究

为了满足空间碎片探测与精确定轨的需求,采用光子计数的高灵敏激光探测方法,讨论了盖革模式下雪崩二极管探测器的光子计数探测基本原理,并建立了引入探测器与空间碎片的相对径向速度的天基光子计数探测模型,进行了空间碎片光子计数激光探测的理论分析和仿真验证。结果表明,在可探测速度范围内,光子计数激光探测技术能有效探测到尺寸为10cm的空间碎片目标,测距平均误差为34.72cm。与传统地基雷达和光电探测手段相比,此技术测距精度能提高3个数量级,可有效降低航天器与空间目标碰撞的概率。     

基于轨迹一致性检测的空间碎片天基识别方法

针对空间碎片天基观测量与编目数据库在轨关联难题,建立天基光学相机对空间碎片的观测模型,分析在轨应用环境对观测信息的影响,基于碎片轨迹一致性检测设计识别方法。为适应在轨应用的需求,提出了DTW与轨迹形貌差异量化检验融合的空间碎片识别方法。首先,依据DTW原理筛选出与待检测真实轨迹形貌最接近的预报轨迹;进一步,将初选相似轨迹之间的形貌差异量化为轨迹间总误差的标准差;最后,通过统计量检验实现轨迹一致性确认,轨迹一致则碎片成功识别。对所提出方法与轨迹直线拟合参数误差检验识别法进行碎片识别稳定性的仿真与实验对比。结果表明:DTW与轨迹形貌差异量化检验融合识别法是一种更稳定的碎片识别方法,对仿真及实验中的全部碎片及低轨卫星均能实现稳定识别,较轨迹直线拟合参数误差检验识别法稳定性明显提升。文中提出方法具有不受碎片运动特性、观测环境等因素影响的特点,可在卫星感知与防护领域广泛应用。     

空间碎片地基雷达探测综述

微动特征是空间碎片目标特性研究与识别的重要特征量。为提升非相干散射雷达在空间碎片微动特征提取中的应用,设计了一种基于雷达的目标微动特征提取方法,包括距离徙动修正、目标平动速度和加速度余项修正、时频分布计算、逆Radon变换等,并利用曲靖非相干散射雷达实测回波数据进行分析验证。结果表明,利用非相干散射雷达实测回波可有效提取空间碎片自旋或翻滚半径、周期、频率以及姿态角等特征参数,进而初步判断其形状,仿真和实测数据分析结果与预期情况基本相符。本文工作验证了电离层非相干散射雷达用于空间碎片微动特征提取的可行性,为空间碎片监测与目标特性研究识别提供了新技术手段。

     

小尺度空间碎片天基激光清除过程研究

选取LEO区域中典型材料的小尺度空间碎片,建立了相应的靶材模型,研究了高能脉冲激光与靶材作用下碎片速度的变化规律。在此基础上建立了激光辐照作用下小尺度空间碎片的变轨模型。通过仿真分析,对高能脉冲激光作用下典型空间碎片轨道参数的变化规律进行了数值模拟。研究结果表明,设定的天基平台激光站能在一个飞行周期内辐照典型材料碎片达到降轨清除的目的,为天基平台激光清除空间碎片技术的应用提供了必要的理论基础。     

自由振荡激光天基清扫空间碎片机理研究

在绕地轨道上残留着大量的空间碎片,这些人类航天活动造成的太空污染已经严重威胁到太空飞行器的安全.其中,直径在1～10 cm之间的碎片具有致命的潜在危害,是急需解决的麻烦.激光清扫空间碎片也愈来愈引起科学领域的关注,其中天基脉冲激光是清扫这类小型空间碎片的有效技术途径之一.由于现有方案中的天基超短脉冲、超大能量、紧凑可靠...     

空间碎片地基雷达探测工作频率探讨

简述了国外空间碎片地基雷达探测系统的工作频段,然后从最大探测距离、雷达散射截面、大气传播损耗和频段外部噪声等与频率的关系分析了工作频率的选择方法,最后对分析进行总结,证明了所论述内容的科学性和可行性。     

天基激光清除小尺度空间碎片变轨模型研究

通过选取LEO区域中两种典型材料的小尺度空间碎片,分别建立了相应的强激光与靶材的冲量耦合模型,研究了高能脉冲激光与靶材作用下碎片速度的变化规律。在此基础上建立了激光辐照作用下小尺度空间碎片的变轨模型。通过仿真分析,对假定功率激光器作用下两种典型材料空间碎片轨道参数的变化规律进行了数值模拟,并讨论分析了碎片自旋角速率及不同功率的激光器对碎片清理效能的影响规律。研究结果表明,在假定功率的天基平台激光器作用下能在一个飞行周期内辐照两种典型材料碎片达到降轨清除效果,为天基平台激光清除空间碎片技术的应用提供了必要的理论基础。     

天基合成孔径激光雷达系统分析

介绍了国内外合成孔径激光雷达的研究现状,讨论了其技术体制、工作模式和光学系统特点。给出了一个用于空间目标观测的天基合成孔径激光雷达系统方案,并对其主要的性能指标和关键技术进行了分析。研究表明:天基合成孔径激光雷达可以在大前斜视角条件下,以高数据率对目标实现远距离高分辨率成像。     

空间碎片多光谱探测相机光学系统设计

为了实现对空间碎片探测,提出了一种空间碎片多光谱探测相机光学系统,由可见光相机、长波红外相机、中波红外相机光学系统组成,三个相机共用主、次镜,在三路相机光学系统中同时加入校正组件平衡校正像差,可见光相机焦距为1000mm,视场为1.2,长波红外相机焦距为-250mm,视场为2.75,中波红外相机焦距为-500mm,视场为1.38,考虑了温度对相机像质的影响,采用热膨胀性系数小的材料作为反射镜基底,分析了三个相机光学系统在空间环境下（205℃）温度环境下的像质变化,设计结果能满足使用要求。     

电子轰击型有源像素传感器在激光雷达的应用

激光雷达技术是成像前沿技术之一,在红外波段尤为重要。由于大面阵激光成像雷达回波很弱,且红外波段探测器灵敏度等技术指标较低,导致成像距离有限,制约了其应用范围。美国Intevac公司发明并生产的电子轰击型有源像素传感器(EBAPS)适用于微光探测,且其响应谱段为950～1650 nm。美国陆军实验室等单位将EBAPS用于激光雷达。本文简述了EBAPS的工作原理及其三代相机产品的特性,重点介绍了EBAPS在激光雷达中的应用情况。旨在为我国激光雷达的发展及微光成像中探测器的选择提供参考。     

激光主动探测空间目标的成像仿真

成像仿真可为地基激光主动成像探测系统的优化设计提供参考,为图像处理和空间目标识别算法开发奠定数据基础.介绍了国外成像仿真系统的功能和应用情况,在具体分析激光主动探测空间目标成像仿真原理的基础上,按照目标三维建模、目标散射特性分析、成像仿真及场景可视化四个方面,提出了自己的激光主动探测空间目标的成像仿真思路和方法.     

空间碎片激光清除系统中的激光参数选择

对比分析了地基激光和天基激光清除空间碎片系统的优缺点,结果表明更适合优先发展地基激光清除系统。对比分析了连续激光与脉冲激光的优缺点,结果表明脉冲激光在空间碎片清除系统中更具优势。讨论了波长、重复频率、光束质量等因素对空间碎片清除的影响,结果表明远红外激光和近红外激光各具优缺点,空间碎片清除对重复频率的要求较低,对光束质量的要求较高。对于地基激光清除空间碎片系统中激光参数的选择提出了合理化建议。     

脉冲激光辐照小尺度空间碎片的影响规律

通过建立了激光辐照小尺度空间碎片的物理模型。仿真分析了小尺度碎片的速度增量与激光功率密度的关系,讨论了不同功率密度下激光的有效作用时间以及不同脉宽下激光冲击波的传播波形和到达位置;在此基础上,模拟分析了冲量耦合系数随不同激光脉宽和功率密度的变化规律。结果表明：速度增量随激光功率密度的增加而增加,激光冲击波波形随脉宽增加有明显展宽,且在激光功率密度、脉宽一定条件下短波长可获得更大的冲量耦合系数。     

地基激光驱动空间碎片降轨特性研究

为了研究小尺度空间碎片的降轨特性,建立了空间碎片自旋与非自旋模型,理论分析了地基激光作用下碎片速度的变化规律,在此基础上研究了激光辐照作用下空间碎片的变轨模型。采用理论仿真的方法,分析了在高能脉冲激光作用下空间碎片的近地点与远地点高度、半长轴及偏心率随初始真近角的变化规律。结果表明,地基激光清除空间碎片存在最佳作用区域,自旋碎片在初始真近角86°~151°范围内降轨效果最佳,非自旋碎片在初始真近角130°~162°范围内降轨效果最佳。自旋空间碎片降轨效果明显优于非自旋空间碎片。     

湍流作用下地基激光清除空间碎片的影响规律

在大气湍流作用下的基础上建立了地基激光辐照小尺度空间碎片在大气中的传输模型。利用该模型对高能脉冲激光远场激光参数与天顶角的关系作了仿真分析,论述了不同束散角下大气湍流对远场激光参数的影响规律;在此基础上,建立了高能脉冲激光在靶表面的冲量耦合模型,对铝靶在激光辐照下的冲量耦合系数与天顶角的关系进行了模拟分析,并讨论了受大气湍流影响的冲量耦合系数变化量与激光脉宽的关系。     

生物/化学战剂激光遥测技术新进展

概述了生物/化学战剂激光遥测主要技术的原理和特点,分析了国外利用差分激光雷达技术、拉曼光谱技术和激光诱导荧光技术对生物/化学战剂进行激光遥测的发展现状,重点介绍了光声光谱、拉曼荧光复合探测、量子级联激光器和红外焦平面阵列等新兴技术在生物/化学战剂激光遥测中的应用,指出了生物/化学战剂激光遥测技术的发展趋势。