隨著空間科學技術和航天工業的發展??臻g距離測量已成為空間領域的重要研究內容。傳統雷達測距在太空中極易受到高能粒子和電磁波的干擾,測量精度低,無法滿足高精度測量的要求。宇宙空間空氣稀薄、溫度變化劇烈,無法進行超聲波測距。因此,測量空間距離需要一種適合空間環境、抗干擾能力強和測量精度高的測距方法。
激光測距傳感器采用激光測距技術是一種非接觸自動測量裝置,對電磁干擾不敏感,抗干擾能力強,測量精度高。與一般光學測距技術相比,它具有操作方便、系統簡單及白天和夜晚都可以工作的優點。與雷達測距相比,激光測距具有良好的抗干擾性和很高的精度。
在重復測距的同時,以細激光束對空間掃描,同時獲得目標的距離、角度和速度等信息,這就是激光雷達。激光雷達能實現很多傳統雷達達不到的性能要求。激光的發散角小、能量集中。能夠實現極高的探測靈敏度和分辨率;其極短的波長使得天線和系統尺寸可以很小,這些都是傳統雷達所不可比擬的。與微波雷達相比,激光測距儀方向性好、體積小、重量輕。非常適用于搭載在航天器上進行空間目標距離測量。激光測距技術綜合了激光器技術、光子探測技術、信號處理技術等多項技術。測距精度高。測程大,可靠性強,能夠滿足空間目標高精度、大量程測距的要求。在空間測量領域獲得了廣泛應用。
激光測距在空間技術中的應用簡況
1.空間碎片探測
空間碎片俗稱太空垃圾,是指宇宙空間中除正常工作的飛行器外的所有人造物體,大到廢棄的衛星、運載火箭末級。小到從航天器上剝落下來的漆片??臻g碎片的存在嚴重威脅著在軌運行航天器的安全,為了安全、持續地開發和利用空間資源,必須不斷提高對空間碎片的跟蹤監視技術。
空間碎片監測可以通過地基監測和天基監測兩種方式。一般來說,大尺度空間碎片主要依靠地基手段:中小尺度空間碎片探測可以依靠天基手段。而基于激光測距技術的激光雷達探測系統在空間碎片探測方面具有獨特的優點。它采用主動探測方式。不受光照條件限制。波束窄,探測距離遠,空間分辨率高,測量精度高,并且可以同時進行測距和測速。
2.空間交會對接
航天器空間交會對接技術是發展空間技術的關鍵途徑。它包括兩部分相互銜接的空間操作:空間交會和空間對接。激光測距技術的激光雷達在整個交會對接過程中起著很關鍵的作用,交會對接的精度要求很高,很短的距離對于微波雷達來說是測量盲區,而且其精度也遠遠不能滿足要求。激光雷達由于自身的優點,最適合于交會對接。
3.對地觀測及深空探測
利用衛星或航天飛機等航天器搭載激光測距裝置在空間軌道上對地球或其他星球表面進行觀測,這種激光測距裝置通常稱激光高度計。它測量航天器到表面的距離,再根據航天器的位置和飛行姿態。計算出表面點的坐標。
4.衛星星座與編隊飛行
衛星編隊飛行是近年來國內外航天技術研究的重點問題之一,星間實時、高精度的距離自主測量是編隊飛行衛星進行隊形保持、協同控制的重要保障。利用激光相干性好和方向性強的特點,可以通過激光相位實現高精度的星間測量,并通過激光的干涉來實現距離相對固定的兩星間距離變化測量。
近年來,我國對激光測距技術的研究非常重視,國內許多大學和研究所都在進行這方面的研究及工程應用工作,作為空間探測領域的一項重要技術,加快開展激光測距技術在空間領域的應用研究工作是非常必要的。在不久的將來,激光測距技術肯定會在軍事和國民經濟中發揮越來越重要的作用。
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