航天飛行器傳感器

前言

盡管人類的感覺(jué)器官十分神奇，但它們?cè)诮邮铡⒔忉尯头治瞿承┨厥猬F(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(duì)所面臨的現(xiàn)象獲取更多認(rèn)知能力的一種延伸。光學(xué)器件使我們能夠感知超出可見(jiàn)光范圍之外的射線，也使我們能夠看見(jiàn)很遠(yuǎn)距離之外的物體。天線能使我們聆聽(tīng)到太空的聲音。在我們的嗅覺(jué)難以正常使用的環(huán)境中，化學(xué)氣體傳感器可以代替我們的嗅覺(jué)。傳感器正是利用這些技術(shù)的發(fā)展來(lái)接收和分析各種現(xiàn)象的。將這些傳感器放置在太空中，擴(kuò)大了人類對(duì)地球、大氣以及其他方面的認(rèn)知范圍，也拓展了過(guò)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(gè)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(gè)方面的專著，例如紅外線、遙感、信號(hào)過(guò)濾和雷達(dá)等。但是涵蓋所有這些領(lǐng)域的書(shū)并不多見(jiàn)，因?yàn)槭聦?shí)證明在有限的篇幅內(nèi)將如此多的信息進(jìn)行充分闡述是十分困難的。本書(shū)試圖將這些內(nèi)容匯集在一起以幫助人們理解它們?cè)诤教鞈?yīng)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(xué)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(shè)計(jì)方案，以使我們能進(jìn)行實(shí)際的測(cè)量。我試圖將與傳感器有關(guān)的物理學(xué)、數(shù)學(xué)、商業(yè)以及工程應(yīng)用等內(nèi)容涵蓋在一本書(shū)中。一個(gè)航天傳感器的開(kāi)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(gè)研究步驟的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。這個(gè)團(tuán)隊(duì)通常由不同學(xué)科的人員組成，例如商業(yè)、科學(xué)、設(shè)計(jì)和工程等。通常，每個(gè)學(xué)科都有自己的專門語(yǔ)言、邏輯和規(guī)則。我的經(jīng)驗(yàn)證明：每個(gè)傳感器研制的成功都是基于將上述多領(lǐng)域進(jìn)行融合，以生產(chǎn)出一個(gè)綜合性產(chǎn)品，這也是本書(shū)的目的。本書(shū)的寫(xiě)作靈感來(lái)源于我在工廠的經(jīng)驗(yàn)以及大學(xué)期間的授課經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于我來(lái)說(shuō)，傳授知識(shí)是一件令我十分愉快的事。每一門課都是一個(gè)學(xué)習(xí)經(jīng)歷，它給予我知識(shí)，這些知識(shí)有助于我解決專業(yè)領(lǐng)域中的各種問(wèn)題。在講授了一些經(jīng)典課程后——例如航天器動(dòng)力學(xué)、航天器結(jié)構(gòu)、航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)和控制等——我感到無(wú)論對(duì)于學(xué)術(shù)領(lǐng)域還是航天工業(yè)領(lǐng)域，設(shè)立一門航天傳感器的專門課程并出版一本專著變得越來(lái)越必要。這是一個(gè)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(shè)計(jì)和成本到建造、測(cè)試、接口、集成和在軌運(yùn)行等問(wèn)題。旨在為本專業(yè)和相關(guān)專業(yè)的專家或工程師、科學(xué)家以及其他參與航天飛行器工業(yè)的科技人員提供一個(gè)較全面的了解?！逗教祜w行器傳感器》要點(diǎn)：著重闡述各學(xué)科對(duì)空間用傳感器發(fā)展的科學(xué)作用　　如何解讀數(shù)學(xué)、物理和工程概念，并將其應(yīng)用到傳感器設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)之中。　　討論了如何估算成本，如何進(jìn)行信號(hào)處理、降噪，以及相控陣?yán)走_(dá)、濾光器以及空間輻射計(jì)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(dòng)微波傳感器、雷達(dá)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(hào)處理器、天基紅外系統(tǒng)、CHAMP衛(wèi)星，路基衛(wèi)星和對(duì)地靜止環(huán)境衛(wèi)星等，以此說(shuō)明相關(guān)裝置是如何應(yīng)用的?！　√峁┝耸褂肕atlab創(chuàng)建的例圖，還進(jìn)一步分析給出了相應(yīng)結(jié)果供讀者使用。　　《航天飛行器傳感器》對(duì)從事航天器項(xiàng)目以及航天飛行器傳感器研究的科學(xué)家、工程師以及其他部門相關(guān)的科技人員來(lái)說(shuō)，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(xué)習(xí)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)天基傳感器應(yīng)用的理想教材。

作者簡(jiǎn)介

作者：（美國(guó)）穆哈默德 M 阿拜德 譯者：范茂軍 胡志新 龐明 等

書(shū)籍目錄

1　引言　1.1　概念設(shè)計(jì)　1.2　航天飛行器傳感器的成本　　1.2.1　成本估算簡(jiǎn)介　　1.2.2　成本數(shù)據(jù)　　1.2.3　成本估算方法學(xué)　　1.2.4　成本估算關(guān)系方法　　1.2.5　保險(xiǎn)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(yīng)　　1.4.4　輻射環(huán)境影響　　1.4.5　污染　　1.4.6　復(fù)合影響　　1.4.7　空間垃圾　1.5　標(biāo)準(zhǔn)　1.6　封裝　1.7　接口與集成　　1.7.1　Mil-STD1553接口　　1.7.2　鄰近問(wèn)題　　1.7.3　集成　1.8　測(cè)試　　1.8.1　性能測(cè)試　　1.8.2　熱測(cè)試　　1.8.3　電暈弧　　1.8.4　電磁兼容(EMC)和電磁干擾(EMI)測(cè)試　　1.8.5　振動(dòng)測(cè)試　　1.8.6　平衡　　1.8.7　任務(wù)仿真測(cè)試　1.9　在軌傳感器　　1.9.1　參考坐標(biāo)系　　1.9.2　三維空間的坐標(biāo)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(xiàn)2　傳感器與信號(hào)　2.1　傳感器特性　　2.1.1　準(zhǔn)確度和精確度　　2.1.2　滯后　　2.1.3　標(biāo)定　　2.1.4　傳遞函數(shù)　2.2　信號(hào)種類　　2.2.1　信號(hào)特性　　2.2.2　周期信號(hào)　　2.2.3　脈沖信號(hào)　　2.2.4　隨機(jī)信號(hào)　2.3　轉(zhuǎn)換信號(hào)　　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(xiàn)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(dòng)勢(shì)　　3.1.3　參數(shù)噪聲　　……4　紅外傳感器5　無(wú)源微波傳感器6　空基雷達(dá)傳感器7　全球定位系統(tǒng)(GPR)

章節(jié)摘錄

插圖：標(biāo)準(zhǔn)為傳感器或儀器的制造提供了一套明確的方法和指導(dǎo)方針。這些指導(dǎo)方針可以適用于從器件級(jí)到系統(tǒng)級(jí)，也可以從集成到測(cè)試。遵守這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)一個(gè)任務(wù)的成功是至關(guān)重要的。因?yàn)楹教祜w行器是由系統(tǒng)及多個(gè)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(duì)整個(gè)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(wù)的成功率。每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都以這樣或那樣的方式參考其他的標(biāo)準(zhǔn)。一些當(dāng)前應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)可以追溯到1960年或者是更早的一些時(shí)候，然而你可以認(rèn)為現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于早期技術(shù)。這表明在某個(gè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)以前做大量依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試是必要的。在NASA或其他的綱要中，NASA-STD或NASA-HDBK作為指導(dǎo)方針，推薦方法或工程實(shí)踐被參考，適合有人參與或無(wú)人參與的任務(wù)中。在合同和程序文件中，根據(jù)需求和限制，這些標(biāo)準(zhǔn)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(wú)干涉主框架，每個(gè)部分都應(yīng)與NASA-STD保持一致。例如，在一個(gè)多系統(tǒng)相互通信并且相互干擾的復(fù)雜環(huán)境中（就像在一場(chǎng)戰(zhàn)斗中），對(duì)于了解整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)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(guó)計(jì)量出版社出版。

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