空间目标激光测距技术及应用 赵春梅,桑吉章,瞿锋,郭金运,卫志斌 ... 97870304 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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赵春梅，桑吉章，瞿锋，郭金运，卫志斌 ... 著

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• 激光测距
• 空间目标
• 测距技术
• 应用
• 遥感
• 光学工程
• 导航定位
• 空间技术
• 测绘
• 97870304

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030482044

商品编码：29310037663

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,桑吉章,瞿锋,郭金运,卫志斌 ...

出版社：科学出版社

出版日期：2016-05-01

ISBN：9787030482044

字数：

页码：212

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书*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*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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章 绪论
1．1 空间目标概述
1．2 空间目标探测技术
1．3 空间目标激光测距技术
1．4 空间目标激光测距技术的应用
参考文献

第2章 天体测量基础
2．1 天体测量的基本概念
2．2 球面三角基本公式
2．3 时间系统
2．4 坐标系统
2．5 坐标系之间的转换
参考文献

第3章 激光测距系统组成及基本原理
3．1 系统基本组成
3．2 卫星激光测距基本原理
3．3 卫星激光测距基本理论
3．4 卫星激光测距误差分析
参考文献

第4章 激光测距发射技术
4．1 激光器概述
4．2 激光测距发射系统
4．3 激光能量放大技术
4．4 光学准直控制技术
参考文献

第5章 光电接收技术
5．1 概述
5．2 光子探测原理
5．3 光电接收系统
5．4 光子探测滤波技术
参考文献

第6章 激光测距控制技术
6．1 激光测距硬件技术
6．2 激光测距软件技术
6．3 地靶标校技术
参考文献

第7章 SLR数据处理与应用
7．1 概述
7．2 观测模型和卫星摄动模型
7．3 参数解算方法
7．4 SLR数据质量评估
7．5 SLR的应用
参考文献

第8章 空间碎片激光数据处理及应用
8．1 概述
8．2 空间碎片激光观测
8．3 空间碎片激光观测数据处理
8．4 空间碎片轨道数据的应用
参考文献

《精准遥感：空间目标探测与测量前沿技术》 内容概述： 本书深入探讨了空间目标精准遥感，特别是激光测距技术在航天领域的关键应用。本书内容涵盖了从基础的激光物理原理、激光器类型与性能，到先进的激光测距系统设计、信号处理与数据分析，再到激光雷达在地球观测、空间碎片监测、在轨服务、行星探测等多个前沿领域的具体应用。全书以严谨的科学态度、丰富的实践经验和前瞻性的技术视野，系统阐述了如何通过激光这一高精度、非接触的探测手段，实现对各类空间目标的精确测量与信息获取。 第一章 激光测距基础理论 本章首先回顾了光电探测的基本原理，为理解激光测距奠定理论基础。随后，详细阐述了激光的产生机理、特性（单色性、方向性、相干性、高亮度）及其在测距中的独特优势。在此基础上，深入介绍了激光测距的基本原理，包括脉冲式激光测距和连续波激光测距两种模式，以及它们各自的测量方式和适用场景。对于脉冲式激光测距，详细分析了光脉冲的发射、目标反射、信号接收以及时间测量等关键环节，并介绍了影响测量精度的主要因素，如脉冲宽度、接收器带宽、时钟精度等。对于连续波激光测距，则重点讲解了调频连续波（FMCW）和调幅连续波（AMCW）测距原理，分析了其在高精度测距方面的优势，以及如何通过频率或幅度的调制与解调来获取距离信息。 第二章 激光器与探测器技术 本章聚焦于激光测距系统的核心器件——激光器和探测器。在激光器部分，详细介绍了各类适用于空间目标测距的激光器类型，包括但不限于固体激光器（如Nd:YAG激光器）、半导体激光器、气体激光器等，并对其工作原理、性能参数（如波长、功率、脉冲能量、重复频率、光束质量）以及在太空环境下的可靠性进行了深入分析。特别地，会讨论如何根据不同的应用需求选择最优的激光器类型，例如，对于长时间、高重访率的观测任务，需要能量效率高、寿命长的激光器；对于需要探测微弱信号的应用，则需要高功率、高光束质量的激光器。 在探测器部分，则详细介绍了光电探测器的基本原理和分类，重点讲解了雪崩光电二极管（APD）、光电倍增管（PMT）、硅光电二极管（Si PD）等在激光测距中的应用。本书将深入分析这些探测器的关键性能指标，如量子效率、响应时间、噪声等效功率（NEP）、暗电流等，并讨论如何根据激光信号的强度、脉冲宽度以及环境光干扰等因素，选择最适合的探测器类型，以及如何进行探测器的优化和设计以提高信号信噪比。 第三章 激光测距系统设计与关键技术 本章将系统性地阐述激光测距系统的设计流程和关键技术。首先，从整体架构出发，介绍一个典型的激光测距系统应该包含哪些组成部分，例如，光学发射系统（包括激光器、扩束镜、指向机构）、光学接收系统（包括望远镜、滤光片、探测器）、信号处理单元（包括时钟、计数器、数据采集卡）以及数据处理与存储系统。 在关键技术方面，本章将重点剖析影响系统性能的核心环节。例如，光学设计方面，将讨论如何设计高效率的光学接收望远镜以捕捉微弱的反射信号，以及如何选择合适的滤光片来抑制背景噪声。信号处理方面，将深入研究目标回波信号的提取与识别技术，包括阈值检测、匹配滤波、先进的信号分类算法等，以应对噪声、衰减以及复杂背景下的微弱回波。数据处理方面，将介绍如何从原始测量数据中提取精确的距离信息，并讨论误差分析与修正技术，例如，对大气延迟、系统时延、地形效应等进行补偿。此外，还会探讨一些先进的测距技术，如多普勒测距、干涉测距等，以及它们在特定场景下的应用潜力。 第四章 空间目标激光雷达（Lidar）应用 本章将详细介绍激光雷达（Lidar）在空间目标探测与测量领域的广泛应用。 地球观测与遥感： 详细阐述激光雷达在地形测绘、地物分类、植被监测、大气成分探测（如二氧化碳、甲烷等温室气体）、云层与气溶胶探测等方面的应用。会介绍不同类型的激光雷达，如测距激光雷达（ALTIMETER）、扫描激光雷达（SCANNER）等的原理与数据产品。 空间碎片监测与预警： 深入分析激光雷达在探测、跟踪和编目空间碎片方面的作用。讨论如何利用激光雷达的高分辨率成像能力，识别和表征碎片的大小、形状、轨道参数，为空间交通管理和碎片减缓提供数据支持。 在轨服务与交会对接： 探讨激光雷达在服务航天器（如卫星的燃料加注、维修、空间碎片清除）以及航天器交会对接中的关键作用。讲解激光雷达如何提供精确的目标相对位置、姿态和速度信息，以保障安全、可靠的对接操作。 行星探测与科学研究： 介绍激光雷达在月球、火星等其他行星表面地形测绘、物质成分探测、地下结构勘探等方面的应用。例如，NASA的Mars Reconnaissance Orbiter（MRO）上的HiRISE相机虽然不是激光雷达，但其成像原理和对精细地形的描绘能力，与激光雷达的探测目标有相似之处。而像Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA)等则直接是激光高度计，用于绘制火星表面地形图。 第五章 复杂环境下的激光测距技术 本章将重点讨论在具有挑战性的空间环境中，如何有效地进行激光测距。 大气效应与补偿： 详细分析大气对激光信号的吸收、散射、折射等影响，以及如何通过多波长测量、建模与算法补偿来提高测量精度。 背景光干扰与抑制： 探讨在强烈的太阳光、地表反射光等背景光干扰下，如何通过窄带滤光、光学设计、信号处理等手段来分离微弱的目标回波信号。 低可探测性目标（Stealth）的激光探测： 分析具有低雷达截面（RCS）或低光学反射率的目标在激光探测中遇到的挑战，以及如何通过提高激光的功率、采用先进的信号处理技术，甚至联合使用多传感器数据来提升探测能力。 高速运动目标与非合作目标探测： 针对高速运动的目标，讨论如何通过快速扫描、多普勒补偿等技术来跟踪和测量。对于非合作目标，即缺乏已知精确位置和姿态的目标，探讨如何利用激光雷达进行目标识别、姿态估计和相对定位。 第六章 激光测距数据处理与分析 本章将深入探讨激光测距数据的处理与分析方法。 数据预处理与校准： 介绍原始激光测距数据的清洗、去噪、归一化等预处理步骤，以及系统内部参数的校准过程。 目标回波信号分析： 讲解如何从接收到的信号中提取有用的目标信息，包括回波信号的强度、形状、持续时间等，并分析这些参数与目标特性的关系。 三维点云生成与处理： 介绍激光雷达如何生成三维点云数据，并讨论点云的配准、滤波、分割、表面重建等后处理技术，以构建空间目标的精确三维模型。 信息提取与融合： 探讨如何从激光测距数据中提取目标的位置、速度、姿态、尺寸、形状、表面粗糙度等信息，并介绍如何将激光测距数据与其他传感器（如可见光相机、红外传感器）的数据进行融合，以获取更全面的目标信息。 第七章 未来发展趋势与挑战 本章将展望空间目标激光测距技术的未来发展方向，并分析当前面临的挑战。 超高精度与高时空分辨率： 探讨如何进一步提升激光测距的精度和时空分辨率，以满足日益精细化的空间探测需求。 智能化与自主化： 展望激光雷达在自主导航、目标识别、任务规划等方面的智能化发展，以及如何在无人值守的深空探测任务中发挥更大作用。 小型化、低功耗与高可靠性： 讨论如何实现激光测距系统的轻量化、低功耗设计，以适应小型卫星、无人机等平台的搭载需求，并提高其在严酷空间环境下的长期可靠性。 新型激光技术与探测体制： 展望如量子激光、超快激光、相干激光等新型激光技术在测距领域的应用前景，以及新型探测体制（如激光诱导击穿光谱LIPS）可能带来的新机遇。 国际合作与标准制定： 强调在空间目标激光测距领域进行国际合作的重要性，以及制定统一的技术标准对于推动产业发展和数据共享的意义。 总结 本书力求为读者提供一个全面、深入、前沿的空间目标激光测距技术学习平台。通过对基础理论、核心技术、关键应用以及未来趋势的详细阐述，旨在帮助研究人员、工程师和学生掌握空间目标激光测距的核心知识，理解其在航天科技发展中的重要地位，并激发他们在该领域进行创新研究与工程实践的热情。

评分☆☆☆☆☆

我是一名光学爱好者，对各种光学测量技术都充满好奇。激光测距，尤其是用于测量遥远、难以直接接触的空间目标，这本身就充满了科幻般的魅力。这本书，虽然名称听起来十分专业，但我尝试着去阅读，惊喜地发现它在介绍基础概念时，非常容易理解。它用清晰的图示和比喻，将复杂的激光物理和信号处理过程变得通俗易懂。我特别喜欢书中关于“目标特性与测距性能”的分析。它解释了为什么有些目标更容易被激光测量，而有些则很困难，以及如何通过改变激光的波长、脉冲宽度等参数来优化测量效果。这本书也让我了解到，除了精确测量距离，激光测距还能提供关于目标形状、大小、甚至材质信息，这在某些情况下甚至比单纯的距离测量更有价值。书中对未来激光测距技术发展趋势的展望，也让我对接下来的科技发展充满了期待。它让我看到了科学的严谨与浪漫并存，也激发了我深入学习更多光学知识的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

我是一名光学工程专业的博士生，正在进行激光雷达在环境监测方面的研究。虽然我的研究方向并非直接针对空间目标，但在查阅了大量相关文献后，我发现空间目标激光测距技术与许多其他领域的激光测量技术在基本原理和关键技术上有着高度的共通性。这本书在介绍激光测距的基本原理时，逻辑清晰，层层递进，从基础的光学知识到复杂的信号调制解调，再到先进的算法应用，都讲解得十分透彻。特别是在“信号处理与数据融合”章节，让我眼前一亮。它不仅介绍了传统的数字信号处理方法，还拓展到了机器学习和人工智能在激光测距数据分析中的应用，这对于提升测距精度和鲁棒性，尤其是在处理复杂背景噪声和干扰的情况下，具有重要的指导意义。这本书的另一个亮点在于其对前沿技术的关注，例如书中提到的自适应光学在提高远距离测距精度方面的潜力，以及量子激光测距的可能性，都为未来的研究方向提供了新的启示。对于像我这样需要跨领域学习和借鉴的科研人员来说，这本书无疑是一笔宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

我是一位资深的电子工程背景的工程师，对信号处理和嵌入式系统开发有着浓厚的兴趣。在接触到这本书时，我首先关注的是它在信号处理和数据融合方面的论述。书中对不同探测器类型（如APD、SPAD等）在激光测距应用中的特性分析，以及对不同信号采集和处理方法的比较，例如时间数字转换器（TDC）的应用，以及如何通过数字滤波和算法来提取微弱的反射信号，都让我觉得非常实用。尤其让我印象深刻的是书中关于“高斯拟合”和“阈值判决”等经典算法的详细推导和在实际应用中的性能评估。此外，书中对实时嵌入式系统设计在激光测距设备中的应用，以及如何优化算法以满足实时性要求的讨论，也与我的工作领域息息相关。它让我看到了将理论知识转化为实际工程应用的路径，也为我今后在开发高精度、高性能的激光测距模块时提供了重要的参考和借鉴。这本书的深度和广度都让我觉得非常有价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，简直就是为我们这些长期在光学精密测量领域摸爬滚打的工程师们量身定做的。一直以来，我们都苦于缺乏一本系统性、理论与实践兼顾的教材，来梳理和提升我们在空间目标激光测距方面的知识体系。特别是当面对日益复杂的空间目标，如报废卫星、太空碎片，以及未来的空间站维护、在轨服务等任务时，精准的距离测量能力显得尤为重要。这本书，从激光器的选择、光路的优化设计，到探测器的性能评估、信号处理算法的改进，都做了非常深入的探讨。我尤其欣赏其中关于误差分析和抑制的部分，它不仅仅列举了常见的误差源，更重要的是提供了切实可行的方法来减小这些误差的影响，这对于我们实际工程应用中追求毫厘之差至关重要。此外，书中还涉及了不同应用场景下的测距方案比较，比如远距离目标与近距离目标的测距策略差异，以及针对不同目标材质和形状的优化手段，这为我们解决实际问题提供了丰富的思路和参考。这本书的理论深度和工程实践指导性都达到了一个相当高的水平，对于提升我国在空间目标激光测距技术领域的自主研发能力，具有不可估量的价值。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在航天测控领域工作多年的技术人员，我们每天都在与各种精密测量设备打交道。空间目标激光测距，这项看似简单的“量距离”工作，背后却蕴含着深厚的物理学、光学工程学、电子工程学以及计算机科学知识。这本书的出现，正好填补了我们工作领域中对于这一特定技术进行系统性学习和深度钻研的空白。我印象最深刻的是书中关于“大气影响的补偿与校正”这一章节。在实际的对地观测和空间目标测距过程中，大气湍流、湿度、温度等因素对激光信号的传播会产生显著影响，导致测距误差。本书不仅详细分析了各种大气效应，还提出了一系列有效的补偿和校正模型，并结合实际案例进行了说明，这对于我们在恶劣大气条件下保证测距的稳定性和准确性提供了非常实用的技术支持。此外，书中对不同类型激光器在空间测距应用中的优劣势分析，以及对目标反射特性对测距影响的探讨，也让我们在设备选型和应用策略上有了更清晰的认识。这本书的理论严谨性与实践指导性完美结合，对于我们一线技术人员的技能提升和问题解决具有极大的帮助。