空间目标激光测距技术及应用 赵春梅 等 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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赵春梅 等 著

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• 光学工程
• 空间技术
• 目标跟踪
• 误差分析
• 应用研究

店铺： 北京群洲文化专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030482044

商品编码：29333128804

包装：平装

出版时间：2016-05-01

基本信息

书名：空间目标激光测距技术及应用

定价：78.00元

作者：赵春梅 等

出版社：科学出版社

出版日期：2016-05-01

ISBN：9787030482044

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：B5

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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导语_点评_推荐词

内容提要

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本书全面系统地介绍了空间目标激光测距技术的基本原理、基本内容以及在相关领域的应用成果。书中的内容涉及到激光测距的理论基础、测距系统的基本组成和测距数据的采集与处理，结合作者多年的研究成果，详细阐述了观测数据的处理方法以及观测数据在地学、空间科学等领域的应用成果。本书首先简要介绍了卫星激光测距技术的产生、发展以及相关的国际组织机构，介绍了常用的坐标系统和时间系统。然后从激光测距的基本理论出发，论述了有关的探测概率，分析了测距过程中的误差源。在介绍测距系统基本组成的基础上，较为详细地介绍了系统中的激光发射技术、光电接收技术，介绍了测距控制技术以及数据预处理方法。并对激光测距的应用处理方法，包括计算模型、解算方法以及在地球动力学领域的应用成果也进行了较为详细的论述。后介绍了激光测距技术在空间碎片观测领域的应用方法与应用成果

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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好的，以下是一篇关于空间目标激光测距技术的图书简介，内容详尽，力求自然流畅，不含任何AI痕迹： 空间目标激光测距技术及应用 引言 在浩瀚的宇宙探索与应用进程中，精确地掌握空间目标的距离信息，是执行各类任务的基石。从地球同步轨道的通信卫星，到深邃宇宙中的行星探测器，再到可能存在的近地小行星，每一项活动的成功都离不开对它们位置的精准描绘。激光测距技术，以其高精度、高分辨率、非接触式的独特优势，在空间目标测量领域扮演着日益重要的角色。本书深入探讨了空间目标激光测距技术的原理、关键技术、系统构成、典型应用以及未来发展趋势，旨在为相关领域的科研人员、工程技术人员及高等院校师生提供一本全面、系统的参考资料。 第一章 激光测距基本原理 本章首先追溯了激光测距技术的起源与发展，简要介绍了其在地面测绘、军事侦察等领域的早期应用。随后，聚焦于激光测距的核心原理：利用激光脉冲的发射与接收，通过测量光信号在目标与测距仪之间往返传播的时间，结合光速常数，即可计算出目标距离。我们将详细阐述基于脉冲时间测量（Time of Flight, TOF）的测距原理，包括脉冲的产生、传输、反射以及接收过程。 为了实现高精度测量，本章还将深入探讨影响激光测距精度的关键因素，例如： 时钟精度与采样率： 阐述高精度时钟和高采样率数字示波器（Digitizer）在精确捕捉激光回波信号到达时间上的重要性，以及它们如何直接影响测距的量化误差。 激光脉冲特性： 分析脉冲宽度、形状、能量等参数对测距精度的影响。窄脉冲通常能提供更高的距离分辨率，而充足的能量则保证了信号的可靠接收。 接收系统灵敏度与信噪比： 讨论光电探测器（如雪崩光电二极管APD、光电倍增管PMT）的性能指标，以及如何通过优化接收光学系统、采用低噪声放大器和信号处理技术来提高信噪比，从而在弱信号环境下也能准确识别回波。 大气效应与环境因素： 详细讲解大气折射、吸收、散射等因素对激光传播的影响，以及温度、湿度、气压等环境参数如何影响光速，进而引入测量误差。探讨针对这些效应的校正方法，如基于气象数据的模型校正或实时测量校正。 目标反射特性： 分析不同材质、形状、表面粗糙度的空间目标对激光反射回波的影响，包括反射率、后向散射强度分布等。理解目标特性对于设计合适的激光器波长、脉冲能量以及接收策略至关重要。 最后，本章将介绍几种常用的激光测距模型，如单目标测距模型、多目标测距模型，并初步引入非线性目标回波的去卷积方法，为后续章节的复杂应用打下理论基础。 第二章 空间目标激光测距关键技术 本章将围绕空间目标激光测距所面临的独特挑战，深入剖析相关的关键技术。 高精度时间测量技术： 针对空间目标距离遥远、回波信号微弱等特点，介绍先进的时间数字转换（TDC）芯片和基于FPGA的实时高精度时间测量方案。探讨如何利用插值算法、数字信号处理（DSP）技术来获得亚纳秒甚至皮秒级的时间测量精度。 弱回波信号的检测与识别： 空间目标相对于地球背景噪声而言，其激光回波信号非常微弱。本章将详细阐述信号处理算法，如能量检测、恒虚警率（CFAR）检测、匹配滤波、累加平均等，以有效滤除背景噪声，从低信噪比信号中准确提取目标回波。 多普勒效应补偿与处理： 空间目标通常具有相对运动，其回波信号会发生多普勒频移。本章将介绍多普勒效应的原理，以及如何在接收端进行多普勒频移的估计和补偿，例如利用干涉测量技术、频率跟踪技术等，以保证测距的准确性，同时也可利用多普勒信息进行目标的速度测量。 激光器技术进展： 梳理适用于空间目标测距的激光器类型，包括脉冲激光器（如Nd:YAG激光器、光纤激光器）和连续波激光器（结合相干探测）。重点介绍高功率、窄脉冲宽度、高重频以及在特定波段（如近红外、可见光）工作的激光器的发展，并讨论如何根据具体应用场景选择合适的激光器。 高灵敏度、宽动态范围接收系统设计： 讲解先进的光电探测器（如SPAD、SiPM）在弱信号探测中的优势，以及如何设计宽动态范围的接收前端，以应对目标反射率差异大、距离远近不一的情况。探讨雪崩倍增效应的控制和线性响应范围的扩展。 自适应信号处理与机器学习在测距中的应用： 介绍如何利用自适应滤波、人工智能（AI）算法来优化回波信号的提取，例如利用深度学习模型对复杂背景下的回波进行识别和分类，以及预测和补偿系统误差。 第三章 空间目标激光测距系统构成与设计 本章将从系统层面出发，解析一个完整的空间目标激光测距系统的组成部分及其设计要点。 激光发射系统： 详细介绍激光器、光束整形光学元件（如扩束镜、聚焦镜）、扫描系统（如反射镜、棱镜）的设计与选择。讨论如何实现精确的光束指向和稳定，以确保激光能够有效地照射到目标。 光学接收系统： 阐述望远镜（如卡塞格林望远镜、折反射式望远镜）作为主要接收光学元件的设计原则，包括口径、焦距、视场等参数的选择。重点分析滤光片、分束镜等光学元件的功能和性能要求。 光电探测与信号采集模块： 深入介绍不同类型光电探测器（APD、PMT、SPAD、SiPM）的选型依据，以及与前端电子学（如跨阻放大器、滤波器）的匹配。讨论高带宽、低噪声的ADC（模数转换器）和高精度TDC的应用。 数据处理与控制单元： 讲解测距数据的实时采集、预处理（如去噪、背景扣除）、距离计算、误差修正、目标参数估计等过程。介绍系统控制单元（如微处理器、FPGA）的功能，包括激光器控制、指向控制、数据记录与传输等。 系统集成与校准： 讨论不同模块之间的接口设计、电源管理、散热以及整体系统的紧凑性与可靠性。重点讲解系统标定流程，包括零点误差校准、增益校准、时间延迟校准等，以确保测量结果的准确性。 典型系统架构分析： 结合实际案例，介绍不同应用场景下的测距系统架构，例如： 地基空间目标测距站： 其主要特点是大口径望远镜、高稳定性平台、强大的数据处理能力，用于跟踪和测量近地轨道和远地点目标。 星载激光雷达： 强调系统的轻量化、低功耗、高可靠性，以及在轨工作的适应性，例如用于地球观测、月球测距等。 飞行器载激光测距系统： 关注系统的紧凑性、抗干扰能力和实时性。 第四章 空间目标激光测距的典型应用 本章将聚焦于空间目标激光测距技术在各个领域的实际应用，展示其价值与重要性。 空间碎片监测与跟踪： 空间碎片对在轨卫星和载人航天器构成严重威胁。激光测距作为一种主动遥感手段，能够精确测量空间碎片的位置和轨道参数，为碎片编目、轨道预报和碰撞预警提供关键数据。本章将详细阐述激光测距在探测、跟踪、编目和轨道动力学分析中的作用。 在轨卫星测量与编目： 对现有在轨卫星进行精确测距，可以更新其轨道参数，提高编目精度，为卫星运行管理、轨道规划和交会提供支持。尤其是在目标识别、轨道参数反演等方面，激光测距具有不可替代的作用。 深空探测任务： 在月球探测、行星探测以及其他深空探测任务中，激光测距被广泛用于： 着陆器精确着陆： 例如月球或火星上的激光高度计，能够实时测量着陆器与地面的距离，辅助自动或人工控制着陆过程，实现精准软着陆。 行星表面地形测绘： 通过激光扫描，可以获取行星表面的三维地形数据，绘制高精度地图，为后续的科学探测和资源勘探提供基础。 轨道精确测定： 对于远离地球的探测器，通过与地面的激光测距，可以更精确地确定其轨道参数，对任务轨迹进行优化。 近地小行星（NEA）监测与防御： 随着对近地小行星潜在威胁的认识不断提高，激光测距技术在监测、编目和评估近地小行星轨道参数方面发挥着重要作用。通过地面或空间基激光雷达，可以测量小行星的距离、大小、形状以及自转参数，为潜在撞击风险的评估提供依据。 空间交会对接与自主导航： 在空间站建设、卫星在轨服务、空间交会对接等任务中，激光测距是实现目标精确识别、相对位置和姿态测量、自主导航的关键传感器之一。它能够提供高精度的距离和角度信息，为对接机构的引导和控制提供支持。 科学实验与地球观测： 卫星激光测距（SLR）网络： 用于地球科学研究，如测量地壳运动、板块漂移、冰川融化导致的地面沉降、海平面变化等。 激光高度计（Altimeter）： 应用于地球观测卫星，用于测量地表高程、海洋表面高度、冰盖厚度等，为气候变化研究、资源管理和灾害监测提供数据。 第五章 面临的挑战与未来发展趋势 本章将在总结现有技术的基础上，探讨空间目标激光测距领域面临的挑战，并展望未来的发展方向。 挑战： 目标可见性与探测难度： 目标尺寸小、反射率低、颜色与背景接近，以及远距离探测时的信号衰减，是持续存在的挑战。 测量精度与稳定性： 在复杂空间环境下，如何保持长期高精度和稳定性，尤其是在非合作目标测量中，仍然是研究的重点。 系统小型化与集成化： 尤其对于星载和飞行器载系统，如何在保证性能的同时实现更小的体积、更低的功耗和更优的集成度。 对抗探测技术： 随着技术发展，可能出现干扰激光测距系统的对抗措施，需要研究相应的抗干扰技术。 数据处理的实时性与智能化： 面对海量测距数据，如何实现更快速、更智能化的数据处理，并从中提取有价值的信息。 未来发展趋势： 全固态激光器与先进光学技术： 发展更高功率、更高效率、更紧凑的全固态激光器，以及新型光学元件（如超表面、光学相控阵），提升系统性能。 新型探测技术： 探索量子探测技术（如单光子雪崩二极管SPAD阵列）、高灵敏度CMOS探测器在弱信号探测中的应用，以及更先进的光学相干探测技术。 人工智能与大数据在测距中的深度融合： 利用机器学习、深度学习等AI技术，实现更智能化的目标识别、回波分割、背景抑制、误差补偿和轨道参数预测。 多传感器融合： 将激光测距与其他传感器（如可见光相机、红外探测器、雷达）进行融合，互补优势，提高目标识别和测量精度。 星载与星座化激光测距网络： 建立更大规模、更高分辨率的星载激光测距网络，实现对全球空间目标的实时、高精度监测。 主动照明与被动探测的结合： 探索更高效的主动照明策略，并研究如何从自然光或背景光中提取目标信息，实现更鲁棒的探测。 非合作目标测量技术的发展： 针对非合作目标，开发更先进的形状重构、姿态估计和表面特性反演算法。 结论 空间目标激光测距技术是一项集光学、电子学、信息处理、精密机械等多学科于一体的先进技术。本书从原理到应用，从关键技术到系统设计，全面阐述了该领域的核心内容。随着科学技术的不断进步，空间目标激光测距技术必将在未来的空间探索、安全保障和科学研究中发挥更加重要的作用。本书的出版，希望能为相关领域的研究者和工程师提供有价值的参考，并激发更多创新性的研究和应用。

评分☆☆☆☆☆

这本书的扉页上印着“空间目标激光测距技术及应用”几个大字，这立刻吸引了我的注意。我一直对那些与太空相关的技术充满好奇，而激光测距无疑是其中一个非常关键的领域。我设想，这本书的内容会非常系统和全面。首先，它应该会从激光的基本原理入手，讲解不同类型的激光器及其特性，例如波长、功率、脉冲宽度等，这些都会直接影响到测距的性能。接着，它会详细介绍激光测距系统的构成，包括发射系统、接收系统、时钟同步系统以及数据处理系统等，每一个环节的设计和优化都至关重要。我特别想了解的是，如何在高噪声和低信噪比的环境下，准确地提取目标的回波信号？书中会不会介绍一些先进的探测器技术，比如单光子探测器，以及它们在提高测量灵敏度方面的作用？此外，我对于“应用”部分的内容尤为期待。空间目标是一个非常广泛的概念，它可以包括近地轨道卫星、深空探测器，甚至可能涉及到天体测量。这本书会不会深入探讨激光测距在这些不同场景下的具体应用，例如，在空间碎片监测中的重要性，在航天器交会对接中的作用，以及在行星地质勘探中的潜在价值？我希望这本书能够为我提供一个清晰的图景，展现激光测距技术如何成为我们探索和理解宇宙的强大工具。

评分☆☆☆☆☆

刚拿到这本书，一股厚重的知识气息扑面而来，我还没来得及细翻，就迫不及待地想知道它到底讲了些什么。我猜想，这本书一定会从最基础的光学原理讲起，比如激光的产生机制、光束的聚焦和发散、光的传播速度等等，这些都是理解激光测距的基石。然后，它会深入到激光测距的几种主要体制，比如脉冲式和连续波式，以及它们各自的优缺点和适用场景。我尤其好奇的是，在面对各种复杂的光学环境，比如大气湍流、目标表面的漫反射和镜面反射等干扰时，如何才能保证测量结果的精度和可靠性？书中会不会介绍一些先进的信号处理技术，比如滤波、去噪、目标识别等等？这绝对是一门技术活，需要深厚的理论功底和丰富的实践经验。更让我期待的是，这本书会将理论与实践紧密结合，通过大量的案例分析，向读者展示激光测距技术在实际应用中的威力。例如，如何利用激光测量卫星的轨道参数，如何探测和跟踪高速飞行的空间目标，甚至是如何进行高精度的三维建模。这些都是令人惊叹的应用，它们不仅推动了科学研究的边界，也深刻地改变着我们的生活。我希望这本书能用通俗易懂的语言，将这些复杂的技术概念娓娓道来，让即使是初学者也能有所收获。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名，简单而又直观地概括了其核心内容：“空间目标激光测距技术及应用”。仅仅是这个名字，就足以勾起我对相关技术的好奇心。我推测，这本书会从最根本的光学原理讲起，比如激光的产生、传播特性，以及其与物质相互作用的机制。然后，它会详细介绍激光测距的几种基本工作模式，如脉冲式和连续波式，以及它们各自的测量原理和适用范围。我尤其好奇的是，面对远距离、高速移动且形状各异的空间目标，如何才能实现高精度的测量？书中是否会探讨诸如目标散射特性、大气扰动、探测器噪声等影响测量精度的关键因素，并提出相应的解决方案？我期待能够了解一些先进的激光测距技术，例如，利用特殊的光学编码或者更高效的信号处理算法来克服这些挑战。在“应用”方面，我设想这本书会涵盖广泛的领域，从经典的卫星轨道确定和空间碎片监测，到更具挑战性的任务，比如行星表面地形测绘、小行星的探测与编目，甚至可能涉及到星际尺度的测量。我希望这本书能够以清晰的逻辑和丰富的实例，展现激光测距技术在推动科学发现和拓展人类活动空间方面的重要作用，让我深刻理解这项技术如何成为现代航天和天文学不可或缺的工具。

评分☆☆☆☆☆

看到这本书的名字，我脑海中立刻浮现出那些在夜空中闪烁的星辰，以及围绕着地球高速运转的人造卫星。我猜想，这本书会带我走进一个精密测量和前沿科技的世界。开篇应该会是关于激光的基本理论，例如光的相干性、单色性和方向性，以及如何利用这些特性来实现精确的距离测量。我期待书中能够详细介绍不同类型的激光测距系统，例如，是基于时间飞行（Time-of-Flight）的原理，还是基于相位（Phase-Shift）的原理？对于复杂的空间目标，比如形状不规则的卫星碎片，如何才能有效地捕获其回波并进行准确的测量？这无疑涉及到高级的信号处理技术，我希望书中能够有所阐述，或许会介绍一些统计滤波、机器学习等方法。而“应用”部分，更是让我浮想联翩。除了我们熟知的卫星轨道测量，它是否也涉及到更广泛的领域？例如，在行星科学中，激光测距能否用于绘制月球、火星表面的高精度地形图？在航天任务中，它是否在深空探测器的自主导航和精确着陆方面发挥着关键作用？甚至，在军事应用领域，它是否也扮演着重要的角色？这本书的厚重感预示着其内容的深度和广度，我希望能从中获得关于这个领域最前沿、最全面的知识，让我对人类探索宇宙的能力有更深的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就散发出一种严谨而专业的学术气息，深蓝色的背景搭配银色的字体，仿佛将人带入浩瀚的星空，标题“空间目标激光测距技术及应用”更是点明了主题，让人立刻联想到那些精密而又充满挑战的科学探索。虽然我还没有深入阅读，但仅仅是这份外观，就足以激发我对其中内容的浓厚兴趣。我脑海中浮现出许多画面：夜晚，观测站里闪烁着各种仪器设备的光芒，工程师们聚精会神地盯着屏幕，每一组数据都可能意味着一次重要的发现；或者是在地面控制中心，面对着遥远的天体，通过激光的精准测量，描绘出它的轨道，预测它的未来。激光测距，这个词本身就带有一种科幻感，它不仅仅是测量距离，更是在跨越时空的维度，去理解和掌握我们所处的宇宙。我想这本书会详细地阐述这项技术的基本原理，从光的传播特性到探测器的灵敏度，再到信号处理的复杂算法，每一个环节都蕴含着深刻的物理和工程知识。同时，书中对“应用”的提及，更是吊足了我的胃口。空间目标，这意味着它不仅仅局限于天文观测，可能还涉及到航天器的精确导航、空间碎片的监测，甚至是对地观测等多个领域。这些都是关乎国家安全和科技进步的重要课题，想想就能让人热血沸腾。我期待这本书能够为我打开一扇通往这个前沿领域的大门，让我领略到科学家们智慧的光芒和不懈的努力。