航天飛行器傳感器

前言

盡管人類的感覺器官十分神奇，但它們在接收、解釋和分析某些特殊現(xiàn)象信息方面卻受到神經(jīng)系統(tǒng)自身能力的限制。通常情況下，傳感器是人類對所面臨的現(xiàn)象獲取更多認知能力的一種延伸。光學器件使我們能夠感知超出可見光范圍之外的射線，也使我們能夠看見很遠距離之外的物體。天線能使我們聆聽到太空的聲音。在我們的嗅覺難以正常使用的環(huán)境中，化學氣體傳感器可以代替我們的嗅覺。傳感器正是利用這些技術(shù)的發(fā)展來接收和分析各種現(xiàn)象的。將這些傳感器放置在太空中，擴大了人類對地球、大氣以及其他方面的認知范圍，也拓展了過去僅僅由人類感官所得到的任何太空信息的范圍。航天傳感器研究是一個很廣泛的領(lǐng)域。世界上已經(jīng)有許多關(guān)于航天傳感器的各個方面的專著，例如紅外線、遙感、信號過濾和雷達等。但是涵蓋所有這些領(lǐng)域的書并不多見，因為事實證明在有限的篇幅內(nèi)將如此多的信息進行充分闡述是十分困難的。本書試圖將這些內(nèi)容匯集在一起以幫助人們理解它們在航天應用中是如何共同完成工作的。我不打算討論某種特定傳感器的結(jié)果，只想研究物理學的基本原理、如何解釋現(xiàn)象以及怎樣從這些方程中衍生出設計方案，以使我們能進行實際的測量。我試圖將與傳感器有關(guān)的物理學、數(shù)學、商業(yè)以及工程應用等內(nèi)容涵蓋在一本書中。一個航天傳感器的開發(fā)、制造和飛行的成功與否完全取決于共同致力于每一個研究步驟的研發(fā)團隊。這個團隊通常由不同學科的人員組成，例如商業(yè)、科學、設計和工程等。通常，每個學科都有自己的專門語言、邏輯和規(guī)則。我的經(jīng)驗證明：每個傳感器研制的成功都是基于將上述多領(lǐng)域進行融合，以生產(chǎn)出一個綜合性產(chǎn)品，這也是本書的目的。本書的寫作靈感來源于我在工廠的經(jīng)驗以及大學期間的授課經(jīng)驗。對于我來說，傳授知識是一件令我十分愉快的事。每一門課都是一個學習經(jīng)歷，它給予我知識，這些知識有助于我解決專業(yè)領(lǐng)域中的各種問題。在講授了一些經(jīng)典課程后——例如航天器動力學、航天器結(jié)構(gòu)、航天器姿態(tài)動力學和控制等——我感到無論對于學術(shù)領(lǐng)域還是航天工業(yè)領(lǐng)域，設立一門航天傳感器的專門課程并出版一本專著變得越來越必要。這是一個很大的挑戰(zhàn)。

內(nèi)容概要

　　航天飛行器傳感器的種類眾多，《航天飛行器傳感器》首先全面回顧了空間和工業(yè)傳感器在航天飛行器行業(yè)中使用的情況，包含了傳感器從概念、設計和成本到建造、測試、接口、集成和在軌運行等問題。旨在為本專業(yè)和相關(guān)專業(yè)的專家或工程師、科學家以及其他參與航天飛行器工業(yè)的科技人員提供一個較全面的了解?！逗教祜w行器傳感器》要點：著重闡述各學科對空間用傳感器發(fā)展的科學作用　　如何解讀數(shù)學、物理和工程概念，并將其應用到傳感器設備的設計開發(fā)之中?！　∮懻摿巳绾喂浪愠杀荆绾芜M行信號處理、降噪，以及相控陣雷達、濾光器以及空間輻射計等的控制?！　『w航天飛行器使用的典型傳感器，如紅外傳感器、被動微波傳感器、雷達和天基的GPS傳感器等內(nèi)容?！　】偨Y(jié)了各章的舉例，如數(shù)字信號處理器、天基紅外系統(tǒng)、CHAMP衛(wèi)星，路基衛(wèi)星和對地靜止環(huán)境衛(wèi)星等，以此說明相關(guān)裝置是如何應用的。　　提供了使用Matlab創(chuàng)建的例圖，還進一步分析給出了相應結(jié)果供讀者使用。　　《航天飛行器傳感器》對從事航天器項目以及航天飛行器傳感器研究的科學家、工程師以及其他部門相關(guān)的科技人員來說，是一種十分寶貴的資源，也是相關(guān)專業(yè)本科生和研究生學習設計、開發(fā)天基傳感器應用的理想教材。

作者簡介

作者：（美國）穆哈默德 M 阿拜德 譯者：范茂軍 胡志新 龐明 等

書籍目錄

1　引言　1.1　概念設計　1.2　航天飛行器傳感器的成本　　1.2.1　成本估算簡介　　1.2.2　成本數(shù)據(jù)　　1.2.3　成本估算方法學　　1.2.4　成本估算關(guān)系方法　　1.2.5　保險成本　1.3　航天飛行器傳感器權(quán)衡研究　1.4　航天飛行器環(huán)境　　1.4.1　真空　　1.4.2　中性環(huán)境影響　　1.4.3　等離子體環(huán)境效應　　1.4.4　輻射環(huán)境影響　　1.4.5　污染　　1.4.6　復合影響　　1.4.7　空間垃圾　1.5　標準　1.6　封裝　1.7　接口與集成　　1.7.1　Mil-STD1553接口　　1.7.2　鄰近問題　　1.7.3　集成　1.8　測試　　1.8.1　性能測試　　1.8.2　熱測試　　1.8.3　電暈弧　　1.8.4　電磁兼容(EMC)和電磁干擾(EMI)測試　　1.8.5　振動測試　　1.8.6　平衡　　1.8.7　任務仿真測試　1.9　在軌傳感器　　1.9.1　參考坐標系　　1.9.2　三維空間的坐標變換　　1.9.3　圓錐曲線軌跡　　1.9.4　航天飛行器的姿態(tài)　　參考文獻2　傳感器與信號　2.1　傳感器特性　　2.1.1　準確度和精確度　　2.1.2　滯后　　2.1.3　標定　　2.1.4　傳遞函數(shù)　2.2　信號種類　　2.2.1　信號特性　　2.2.2　周期信號　　2.2.3　脈沖信號　　2.2.4　隨機信號　2.3　轉(zhuǎn)換信號　　2.3.1　模一數(shù)轉(zhuǎn)換器　　2.3.2　數(shù)一模轉(zhuǎn)換器　　2.3.3　數(shù)一模轉(zhuǎn)換器與模一數(shù)轉(zhuǎn)換器的誤差　　2.3.4　調(diào)制　2.4　數(shù)據(jù)分析　　2.4.1　不確定度分析與誤差傳遞　　2.4.2　回歸分析　　2.4.3　最小二乘法　　2.4.4　傅立葉分析　　參考文獻3　航天飛行器傳感器中的噪聲與濾波　3.1　內(nèi)部噪聲　　3.1.1　熱噪聲　　3.1.2　熱電動勢　　3.1.3　參數(shù)噪聲　　……4　紅外傳感器5　無源微波傳感器6　空基雷達傳感器7　全球定位系統(tǒng)(GPR)

章節(jié)摘錄

插圖：標準為傳感器或儀器的制造提供了一套明確的方法和指導方針。這些指導方針可以適用于從器件級到系統(tǒng)級，也可以從集成到測試。遵守這些標準對一個任務的成功是至關(guān)重要的。因為航天飛行器是由系統(tǒng)及多個子系統(tǒng)集成的，這些子系統(tǒng)在功能、性能、范圍和功耗是不同的，所以對整個系統(tǒng)的理解如果能完整一致并且精確到位，將有助于提高任務的成功率。每一個標準都以這樣或那樣的方式參考其他的標準。一些當前應用的標準可以追溯到1960年或者是更早的一些時候，然而你可以認為現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)遠遠高于早期技術(shù)。這表明在某個技術(shù)實現(xiàn)以前做大量依據(jù)標準的測試是必要的。在NASA或其他的綱要中，NASA-STD或NASA-HDBK作為指導方針，推薦方法或工程實踐被參考，適合有人參與或無人參與的任務中。在合同和程序文件中，根據(jù)需求和限制，這些標準可以是部分也可以全部被參考。NASA-STD已經(jīng)廣泛的使用。它涉及的范圍從地域、海洋和空域到空間領(lǐng)域。為了確定一致性和無干涉主框架，每個部分都應與NASA-STD保持一致。例如，在一個多系統(tǒng)相互通信并且相互干擾的復雜環(huán)境中（就像在一場戰(zhàn)斗中），對于了解整個系統(tǒng)的各個組成部分能夠協(xié)調(diào)工作是至關(guān)重要的。

編輯推薦

《航天飛行器傳感器》由中國計量出版社出版。

圖書封面

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