智慧城市让生活更美好!
物联网  >   传感器  >  正文

激光测距传感器在宇宙空间探测领域的应用

  人类一直向往广漠的宇宙空间,但真正有意义的行动始于1783年施放的第一个升空气球,限于当时的技术条件,不可能上升很高,探测的局限性很大。

  

 

  目前载人航天、月球探测、气象卫星、资源卫星等许多正在研制的航天型号均安排了空间环境探测,现今我国的天基空间环境探测已发展成一个重要的学科领域。

  空间环境探测器已成为航天器广泛应用的载荷之一。 随着人类社会的发展和空间技术水平的不断提高,空间探测的广度和深度也在不断扩大。

  激光测距是激光最早的应用之一,这是由于激光具有方向性强、亮度高、单色性好等优点。激光测距利用激光传输时间,来测量距离的基本原理是:通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离。激光在检测领域中的应用很广泛,技术含量十分丰富,对社会生产和生活的影响也十分明显。

  空间激光测距技术在监测大陆板块运动、地壳形变、地球自转,改进地球重力场和地心引力常数,确定地球和海洋潮汐变化的规律,监测空间碎片等方面具有重要作用。

  它也是当前高精度卫星精密定位观测的主要手段之一,是现代各种定位观测手段中单点采样精度最高的一种,是支持国际地球自转与参考系服务(IERS)的技术手段之一。卫星激光测距技术在如下应用方面已经取得了显著的成就,具有广阔的应用前景。

  

 

  精密测定激光卫星的轨道

  

 

  利用卫星的激光观测数据所确定的轨道精度,3天弧段可达1cm;对于径向定轨精度可达到2~2.5cm。

  精确测定地球引力场模型及其时变性

  在研究地球质心的位置变化过程中,激光技术测定了目前最准确的地球引力常数GM,其测定值为:GM=398600.4415km3/s2;利用不同轨道倾角和高度的激光卫星,精确测定了地球引力场模型,并且测定了地球引力场低阶球谐系数的季节性变化;同时还得出了地球质心位置的周期性变化,包括季节性和年际变化,最新的测定值为:J2=-2.6*10-11/年(历元1986.0);地球引力场的变化反映了地球内部及各圈层(包括海洋、大气、地下水、冰层等)的复杂运动和相互作用过程,具有重要研究价值。

  

 

  精确测定地球自转参数

  地球自转参数(ERP)定义了地球旋转轴和随时间序列的定向运动以及在天球参考框架中的旋转速度。地球自转参数包括极移和日长(LOD)变化。利用激光测虎技术测定的地球极移分量(XP,YP)精度目前已达到0.1~0.2mas;日长(LOD)的测定精度目前已达到0.1ms。

  

  监测全球地壳板块运动

  利用激光长期观测数据可以精确地测定地面测站的地心坐标,高精度测站坐标的解算使得人们监测板块运动的愿望成为可能。

  利用激光测距技术获得的数据,已经估计了40多个测站的站速度和站间基线的变化率。如果测站位于板块的刚性部分,则其站速度就代表了板块运动。利用测站基线的变化率和站速度可以解算板块间的相对运动。

  

 

  

 

  高精度海平面和冰盖地形的测量

  激光测距技术与其他空间技术(如GNSS、雷达高度计、SAR等)联合应用,将可能实现毫米级精度的海平面和冰盖地形的测量。

  

 

  空间碎片轨道确定和监测

  利用激光测距技术可以精确测定空间碎片,确定碎片轨道位置,为空间碎片监测和空间碰撞预警系统提供精密轨道信息。

  

 

  空间探测器实现了对月球和行星的逼近观测和直接取样探测,开创了人类探索太阳系内天体的新阶段。总体而言,现今的我国空间环境探测技术从90年度初开始起步,经过10多年的发展,在科研队伍培养、探测技术开发等方面已有长足的进步,已取得了相当丰富的成果。

上一篇:半导体传感器和MEMS国际标准化进展

下一篇:光敏传感器的工作原理及其应用