空间目标探测技术研究

空间目标探测技术研究（通用11篇）

篇1：空间目标探测技术研究

近空间目标探测技术的分析与展望

近空间飞行器以其独特的优势成为当前军事通信与侦察研究的热点之一,对近空间目标的探测问题成为新的研究方向.文中介绍了近空间飞行目标的主要类型和目标探测的特殊性,讨论了可以利用的.主要探测手段,指出基于电磁波辐射的无源探测是较有发展前景的近空间探测类型,并对其关键问题和重点研究方向进行了总结和展望.

作 者：吴江  作者单位：解放军信息工程大学信息工程学院通信工程系 刊 名：科技信息（学术版） 英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)：2008 “”(6) 分类号：V4 关键词：近空间飞行器   目标探测   定位   无源探测  

篇2：空间目标探测技术研究

月球目标的探测与跟踪技术研究

研究了月球目标探测成像及自动跟踪系统.利用CCD图像传感器、图像处理技术以及图像跟踪算法可以取代对月球的`手动跟踪,无需预知月球的运动轨道,在自动跟踪的同时记录月球影像,便于对月球表面数据的记录和处理,并能进行实时图像处理,利于对月球图像的分析,为月球探测跟踪做了一次有益的新方法尝试.

作 者：王大千 熊宇乐 王梓 费琼 WANG Da-qian XIONG Yu-le WANG Zi FEI Qiong 作者单位：北京理工大学,信息科学技术学院光电工程系光电创新基地,北京,100081刊 名：光学技术 ISTIC PKU英文刊名：OPTICAL TECHNIQUE年，卷(期)：32(z1)分类号：V556.5 V557关键词：月球 自动跟踪 图像处理 CCD

篇3：空间目标探测技术研究

关键词：可见光探测,空间目标,探测距离,信噪比,仿真

空间目标是指高度约100 km以上的各种人造飞行物和宇宙飞行物,包括在轨运行的卫星、进入空间轨道的助推火箭、空间飞行器以及各种空间碎片等[1]。对空间目标的识别、跟踪、定位等关键技术越来越受到各国研究人员的重视。星载空间目标探测系统由于其不受地球大气、气象、光照等条件的限制,更容易实现对空间目标的监视,因此,国外科学家很早就对这方面进行研究,这其中包括美国、英国、加拿大、日本等国家[2]。

星载空间目标可见光探测系统,主要是利用空间目标反射太阳光等自然光源进行探测。对可见光相机设计的前提是对可见光相机探测能力的分析和预估。系统的探测能力主要以相机信噪比来衡量。通常已有的对空间目标可见光探测系统探测能力的研究大多没有考虑空间目标在太空中所受的地球以及大气的反射辐射,仅仅考虑了太阳光的直射辐射,因此这样的结果是不准确的。例如,雷鹏,等人[3]、张科科等人[4]建立的数学模型。现以深空为背景,并假设目标表面为朗伯面,在分析了目标背景特性、目标的辐射特性、CMOS探测器的噪声特性等因素基础上对星载空间目标可见光探测系统的探测能力进行理论计算公式的推导。

1 空间目标特性

探测系统假设以人造卫星为空间探测目标。人造卫星在轨运行过程中本身并不发光[2]。其背景辐射主要来源于太阳的直射和地球以及大气的反射辐射。如图1所示。

由于人造卫星反射特性比较复杂,与卫星的形状、表面材料、姿态等因素都有关系,为了简化运算,在实际分析中将卫星的反射近似为漫反射,卫星表面为朗伯面,并假设其各波长的漫反射系数与反射光的波长无关,一般卫星的表面漫反射率为0.2~0.4,假设卫星目标尺寸6 m×2 m。

2 可见光探测器波段选择

空间目标对太阳光谱的反射特性与目标表面材料特性有关。不同的波段被光学系统接收到的辐照度不同,所以在设计探测的光学系统时,必须要考虑光学系统的探测波段,从而保证光学系统接收到的目标辐照度尽可能强,同时为了增加系统的信噪比,在选择的波段内要保证背景辐照度尽量小。

人造卫星等空间目标表面隔热组件常采用黄色或者银色热控材料,对于太阳能帆板,在可见光波段主要有两个峰值,一个峰值<400 nm,另一个峰值在500~600 nm之间。对于远离地球大气层外的太阳,一般认为其辐射与5 900 K的黑体相当,太阳光谱辐照度曲线如图2所示,从图中可以看出太阳辐射的峰值波长在500 nm左右。所以在设计光学系统时,探测波段选择400~700 nm是比较合适的。为了避免目标在探测器上成像饱和以及减小星空背景噪声的影响,探测器的光学系统探测带宽可设计为几个nm。一般10 nm左右[5,6]。

3 空间目标可见光辐射特性

3.1 太阳直射

对于远离地球大气层的太阳,可将其看作温度为5 900 K的辐射黑体[5]。由普朗克黑体辐射定律可得出以波长为表示形式的太阳光的光谱辐射出射度为

式(1)中,MSun(λ)为太阳光光谱辐射出射度,单位为W·cm-2·μm-1,λ为波长,单位为μm,h为普朗克常量,h=6.625 6×10-34W·S2,T为太阳温度,单位为K,c为光在真空中的速度,c=3×108m/s,k为玻尔兹曼常量,k=1.38×10-23W·s·K-1。则在距离太阳为L1的地球轨道上的空间目标处的太阳光谱辐照度为

式(2)中,Rs为太阳半径,取6.962 7×108m;Rse为平均日地距离取1.496×1011m。假设空间在轨运行卫星目标有效反射面积为S,θ1s为目标表面法线与太阳光入射方向的夹角。θ2s为探测器与目标连线与空间目标法线方向的夹角即观测角。Ltarget为探测系统离目标距离。那么可以得到空间卫星目标反射太阳光直射在探测器入口处的辐照度为

式(3)中,frs(θi,φi,θr,φr)为目标面元对太阳光的双向反射分布函数[2],单位为sr-1。上文中假设目标表面为朗伯面,其在半球范围内任意方向的辐亮度是恒定的,对于朗伯面,其双向反射分布函数与光线的入射和出射方向没有关系,是一个只与漫反射率有关的函数,此时

将式(4)带入式(3)可得

3.2 地球漫反射

对于空间目标,太阳直接辐射和地球反射辐射是空间目标主要的辐射源。地球反射太阳光的光谱辐射出射度表示为

式(6)中,ρe为地球及大气对太阳光的平均反射率,取ρe=0.35[5]。

同样,按照节3.1的分析思路,可以得到空间卫星目标由于地球反射太阳光的漫反射在探测器入口处的辐照度为

式(7)中,θ1e为目标表面法线与地球反射到目标表面的太阳光方向的夹角,θ2e为探测器与目标连线与空间目标法线方向的夹角即观测角,θ2e=θ2s。

3.3 总辐照度

由节3.1和节3.2分析可以得到空间卫星目标反射的太阳直射光和地球反射光在探测器入口处的总辐照度

则经过可见光探测器入瞳处的总辐照度为

式(9)中,,D是相机的有效口径,τ0是光学系统的光谱透过率。将式(5)和式(7)代入式(9)可以得到

4 可见光成像系统噪声分析

CMOS图像传感器以其低成本、低功耗、高集成度、抗辐射能力强等优点已经逐渐被应用到空间目标可见光探测系统中[7]。

CMOS图像传感器的光电转化通过各个像元完成,CMOS图像传感器阵列可以作为高分辨率图像缓冲区,从而避免了电荷传输的问题。因此,在系统的曝光积分时间tint内,CMOS图像传感器产生的目标光信号电荷数为

式(11)中,QE是CMOS传感器的量子效率;FF是像元填充因子;Npix是目标光斑在传感器阵面上所占的像元数;hc/λ是单个光子的能量。

星载空间卫星目标可见光探测系统是以深空为背景,为计算探测背景在探测器处产生的电子数,引入天文学中星等的概念[8]。根据星等计算公式可以建立空间目标辐照度与视星等之间的关系式

式(12)中,M0为空间目标的视星等,EAll为空间目标总辐照度。则任意星等空间目标的辐照度表示为

式(13)中,E0=2.9×10-8W/S2为大气层外0星等的目标辐照度。因此进入探测器入瞳处产生的辐射通量为

可以得到CMO图像传感器产生的背景光信号电荷数为

CMOS探测器的噪声比较复杂,主要来源包括光子噪声nlight、读出噪声nread、暗电流噪声nread、量化噪声nAD、KTC噪声nKTC、固定噪声nFPN、非均匀噪声nPRUN等。各种噪声具体定义很多文献都有阐述[7],这里不再说明。因此,可见光成像系统CMOS探测器的总噪声电荷数可表示为

5 空间目标可见光探测系统信噪比(SNR)计算

星载可见光探测系统探测能力的一项重要指标就是信噪比[9,10]。根据信噪比的基本理论公式可以得到可见光探测系统信噪比为

可见光探测系统对空间目标进行探测时,为了能够有效探测到目标,通常要求探测概率>98%,虚警概率<1%[2]。可以确定出满足这个条件的门限信噪比SNR0约为5。通常情况下,为了能够有效地提高从噪声环境下提取目标信号的检测概率,降低虚警概率,系统信噪比必须大于等于门限信噪比[10],即有

6 空间目标可见光探测器探测距离计算

信噪比(SNR)是空间目标和可见光探测器之间的距离Ltarget以及成像像元个数Npix的隐函数,可以根据公式(18)可以得到信噪比、成像像元个数、探测距离之间的关系。

由式(10),式(19)得到

当SNR取门限信噪比SNR0时

在上文中讲到为了避免目标在探测器上成像饱和以及减小星空背景噪声的影响,探测器的光学系统探测带宽2Δλ可设计为几个nm。一般10 nm左右。这样得到

7 仿真分析

假设空间目标可见光探测系统系统参数如下:S'为系统入瞳面积S'=π(2D),D=200 mm;τ0为系统接收效率0.5;QE为CMOS图像传感器量子效率,取0.6;FF是像元填充因子,取0.4;tint为积分时间;h为普朗克常量,取6.625 6×10-34W S2;c为光在真空中的速度,取3×108m/s;Rs为太阳半径,取6.962 710×108m;ρd为目标表面漫反射率0.3;θ1s为目标表面法线与太阳光入射方向的夹角,取30°;ρe为地球平均反射率0.35;θ1e为目标表面法线与地球反射到目标表面的太阳光方向的夹角,取60°;θ2s为目标表面法线与探测方向的夹角;S为卫星反射面等效面积,取6×2 m2;MSun(λ)为太阳光谱辐射出射度;λ为系统接收中心波长550 nm;2Δλ为系统接收带宽10 nm;Rse为目标到太阳的距离,取平均日地距离1.496×1011m;nnoise为探测器的总噪声电子数,取100。SNR0为门限信噪比5。

根据Johnson准则,当目标在传感器阵面上成像大于l5个像元时[2],系统能够辨别确认目标。这里Npix取15。此时式(20)化简为

化简后的式(23)可以看出系统探测距离与积分时间、探测器观测角度、系统信噪比有关系。当观测角θ2s分别取0°、30°、60°、80°以及积分时间tint分别取0.001 s、0.01 s、0.1 s时的极限探测距离如表1所示

利用MATLAB对数学模型进行仿真,图3是探测方向角θ2s、信噪比SNR、探测距离Ltarget之间的关系。信噪比是衡量探测系统探测性能的一个重要指标,为了直观表示探测距离和信噪比之间的关系,假设探测角和积分时间不变对数学模型进行仿真。图4是探测角θ2s、积分时间tint一定时探测距离L2target与信噪比SNR之间的关系。

8 结论

通过对空间在轨卫星目标可见光探测系统探测能力理论计算方法进行研究,在一定条件下得出了系统探测能力的计算公式。通过MATLAB仿真分析得到探测距离、信噪比、积分时间、以及探测器观测角之间的关系。从仿真结果可以得出:在其他条件一定情况下,增加积分时间可以提高系统的探测能力;当系统信噪比越大的情况下,极限探测距离越小。利用文中的公式模型和仿真结果可以对空间目标可见光探测系统设计以及提高系统探测能力有一定作用。

参考文献

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篇4：空间碎片的红外探测研究

关键词： 空间碎片； 红外辐射； 近场辐射； 电子数； 信噪比

中图分类号： TN 215文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.06.004

引言

空间碎片是人类航天发射后产生的太空垃圾，由没有任何功能的人造物体及其碎片组成。由于其在地球轨道内运动速度可达7～8 km/s，与其他物体的相对碰撞速度更是可达到10 km/s。在这样的高速撞击下，即使尺寸很小的物体，也会造成航天器的严重损坏[1]。因此对空间碎片进行探测、定轨、跟踪是目前航天器在轨安全研究的重要内容。目前空间碎片主要探测方式是雷达与光学探测。雷达探测受限于波长、发射功率等的影响，有其局限性。光学探测方式与所有光学望远镜一样，不能全天候工作，对地球阴影区的不发光物体无法观测。红外探测是利用红外探测器探测物体发射的红外辐射。相对于雷达与光学探测，有其独到的优点[25]。

1空间环境分析

空间碎片处于地球轨道空间中，其温度受太阳辐射、地球辐射、以及月球等其他天体、宇宙空间背景辐射的影响，如图1所示。空间碎片在近地轨道（Low earth orbit，LEO）运行时，要周期性地经过日照区与地球阴影区，使得其受到的辐射照度在不断变化，则其温度也是处于不断变化过程中。不同材料的空间碎片对于不同波段的辐射有不同的吸收与反射特性，使得其温度变化也不相同[6]。

篇5：探析光电探测技术的空间应用论文

摘 要：目前,在空间技术中广泛地采用光电探测技术获取各种信息。本文就姿态敏感、扫描成象、分光技术和光雷达等四类传感仪器的应用情况,结合国内外的技术发展作综合介绍。光电成象遥感仪已成为气象和地球资源卫星上的主要传感仪。它们的图象数据广泛应用,为密切人类生活同空间技术的关系起着重要作用。本文最后指出发展光电技术空间应用的关键问题。

关键词：光电探测技术论文

0 引言

在光电子系统中，最关键也是最重要的就是作为它的“眼睛”的部件，也就是光电探测器。它的优点是它非常灵敏，同时也具有人眼所不具有的对图像的记忆、储存、输出以及显示记录的功能，但是同时其缺点也非常明显，其一是由于自身原理的问题，它的光谱响应范围仅限于400nm到760nm，但是对于波长在该范围之外的紫外光和红外光一般不能响应;其二是由于“眼睛”的视觉暂留现象，对于高频信号不能清楚分辨。

光电探测器种类繁多，从原则上说只要在受到光照之后其物理性质变化的材料都可以用来制作光电探测器。现在最广泛使用的光电探测器是利用光电效应进行工作的，光电效应又分为内光电效应和外光电效应：常见的光电管和光电倍增管是利用外光电效应工作的，即是由入射光子打在阴极材料上将其内部电子轰击出来形成光电流，从而通过入射光强的改变进而检测光信号;一些典型的半导体光电器件则是利用内光电效应来实现的，其是通过将光电材料内部的电子从低能态激发到高能态，从而激发出一个电子空穴对，称为光生电子空穴对，通过检测出它对半导体光电材料导电性能的改变，就可以检测出光信号的改变[1]。

外光电效应和内光电效应的产生都是取决于入射光的波长λ和频率υ，即光子能量E只与频率υ有关，式中h为普朗克常量。要能产生光电效应，每个光子的能量必须高于一定的数值，波长越短，即频率越高，则每个光子的能量也就越大，越容易产生光电效应。

目前广泛使用的光电探测器是光电二极管和雪崩光电二极管，它们都是由半导体材料制作而成的。内光电效应就发生在导带和价带之间，价带中的电子吸收了入射光子的能量后被激发到导带中，会在导带中产生一个能自由运动的电子并且在价带中产生一个空穴。空穴在价带中的能量高于在导带中的能量，在价带中也可以自由运动，所以当入射光子在半导体内激发产生光生电子空穴对的时候，就会改变半导体的导电性能[2]。

原理如下图1：

1光电二极管简介

1.1 工作原理

光电二极管是一种能将光信号变成电信号的半导体器件，核心部分是一个PN结。与普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，其PN结的面积尽量做的大一些，电极面积尽量小一些，并且PN结的结深很浅，一般小于1微米。

光电二极管一般都是在反向电压作用之下工作的。在没有光照时，反向电流很小，叫做暗电流;当有光照时，携带能量的光子在进入PN结之后，会把自身的能量传给共价键上的束缚电子，使得部分电子挣脱共价键，从而产生电子空穴对，被称为光生载流子。

光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。光电二极管和普 通二极管一样具有一个PN结，不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换，在电路图中文字符号一般为VD。光电三极管 除具有光电转换的.功能外，还具有放大功能，在电路图中文字符号一般为VT。光电三极管因输入信号为光信号，所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。同光电 二极管一样，光电三极管外壳也有一个透明窗口，以接收光线照射[3]。

光电二极管工作V-I曲线如图2：

1.2 主要性能参数

(1)响应率

响应特性也可以表达为量子效率，即光照产生的载流子数量与突发光照光子数的比例。

(2)暗电流

在光电导模式下，当不接受光照时，通过光电二极管的电流被定义为暗电流。暗电流包括了辐射电流以及半导体结的饱和电流。

(3)等效噪声功率

等效噪声功率(NEP)是指能够产生光电流所需的最小光功率，与1赫兹时的噪声功率均方根值相等。与此相关的一个特性被称作是探测能力，它等于等效噪声功率的倒数。等效噪声功率大约等于光电二极管的最小可探测输入功率[4]。

1.3 应用

PN结型光电二极管与其他类型的光探测器一样，能够根据接受光的强度来输出相应的模拟信号或者在数字电路的不同状态之间切换比如控制开关和数字信号处理。

光电二极管在消费电子产品方面，例如CD播放器、烟雾探测器以及控制电视机、空调的红外线遥控设备中也有应用。对于许多产品来说，可以使用光电二极管或者其他光导材料，它们都可以被应用于测量光，通常被用于路灯亮度自动调节和手机的感光设备等。

在科学研究和工业中，光电二极管常常被用来精确测量光强，因为它比其他光导材料具有更良好的线性。

在医疗应用设备中，光电二极管也有着广泛的应用，比如脉搏探测器以及X射线计算机断层成像(CT)等。

2 雪崩二极管简介

2.1 工作原理

在材料掺杂浓度较低的PN结中，当PN结的反向电压增加时，空间电荷区中的电场也会随之增强，这样一来通过空间电荷区的电子和空穴就会在电场作用下使其自身能量增大。而在晶体中运动的电子和空穴将不断的与晶体原子发生碰撞，当电子和空穴的能量足够大时，通过这样的碰撞的可使共价键中的电子激发形成自由的电子空穴对。新产生的电子和空穴也会朝着相反的方向运动继而重新获得能量，又可以通过碰撞再产生电子空穴对。这就是载流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像雪崩一样，载流子增加得多且快。反向电流剧增，PN结就发生雪崩击穿，利用该特点可制作高反压二极管。

雪崩击穿的示意图如图3：

2.2 应用

PN结加合适的高反向偏压，使耗尽层中光生载流子受到强电场的加速作用从而获得足够高的动能，它们与晶格碰撞又会电离产生新的电子空穴对，这些载流子又不断引起新的电离，造成载流子的雪崩倍增，得到电流增益。

其优化结构如图4：

光的吸收层用铟镓砷，即InGaAs材料，它对1.3μm和1.55μn的光具有高的吸收系数。为了避免InGaAs同质结隧道击穿先于雪崩击穿，把雪崩区与吸收区分开，即PN结要放在InP窗口层内[5]。由于InP材料中空穴离化系数大于电子离化系数，雪崩区选用n型 InP，n-InP与n-InGaAs异质界面存在较大价带势垒，易造成光生空穴的陷落，在其间夹入带隙渐变的铟镓砷磷过渡区，分别形成吸收、分级和倍增结构。

3 总结与展望

光电探测器件的应用选择，实际上是应用时的一些事项或要点。在很多要求不太严格的应用中，可采用任何一种光电探测器件。不过在某些情况下，器件的选择极大程度上决定了效果的好坏。

在动态特性方面，以光电倍增管和光电二极管，尤其是PIN二极管与雪崩二极管为最好。在光电特性方面，以光电倍增管、和光电池为最好;在灵敏度方面，以光电倍增管、雪崩二极管、光敏电阻和光电三极管为最好。在各种光敏探测器中，灵敏度高不一定就是输出电流大，输出电流大的器件有大面积光电池、光敏电阻、雪崩光电二极管和光电三极管。外加的偏置电压最低的是光电二极管和光电三极管，光电池不需外加偏置。

篇6：空间目标探测技术研究

地下全空间瞬变电磁技术在煤矿巷道掘进头的连续跟踪超前探测

文中介绍了利用地下全空间瞬变电磁(UWTEM)技术在某煤矿-250排水巷道掘进过程中进行的连续跟踪超前探测试验.根据初探结果,采用不共面同轴偶极观测方式时,UWTEM在巷道掘进头前方的有效探测范围约为70m,巷道每掘进50m进行一次跟踪探测.试验表明,利用该技术可以有效地超前预测煤矿巷道掘进头前方30～50m范围的.富水异常,为及时采取水害治理措施提供依据.

作 者：郭纯 刘白宙 白登海 GUO Chun LIU Bai-zhou BAI Deng-hai  作者单位：郭纯,刘白宙,GUO Chun,LIU Bai-zhou(焦作煤业(集团)有限责任公司地测处,焦作,454002)

白登海,BAI Deng-hai(中国科学院地质与地球物理研究所,北京,100029)

刊 名：地震地质  ISTIC PKU英文刊名：SEISMOLOGY AND GEOLOGY 年，卷(期)：2006 28(3) 分类号：P631 关键词：地下全空间   瞬变电磁   超前探测   水害预报  

篇7：空间目标光度特性测量方法研究

空间目标的光度特性反映了目标的在轨运动状态,通过空间目标的光度测量可以判断空间目标在轨特性和进行空间目标的编目识别.比较了空间目标光度特性光度计和CCD测量的两种方法,并采用恒星比对的`方法,得到了空间目标的星等数据,实验结果表明两种测量方法星等精度相当,但CCD测量可以在白天测量空间目标的光度特性.

作 者：高昕 王建立 周泗忠 黄惠明 熊仁生 GAo Xin WANG Jian-li ZHOU Si-zhong HUANG Hui-ming XIONG Ren-sheng 作者单位：高昕,GAo Xin(中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西,西安,710068;中国科学院研究生院,北京,100039;北京跟踪与通信技术研究所,北京,100094)

王建立,WANG Jian-li(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033)

周泗忠,熊仁生,ZHOU Si-zhong,XIONG Ren-sheng(中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西,西安,710068)

黄惠明,HUANG Hui-ming(北京跟踪与通信技术研究所,北京,100094)

篇8：空间目标探测技术研究

据不完全统计,国内近几十年的时间里,有300多个矿井发生过淹井事故,死亡人数超过1700人,经济损失严重[1]。在这种形势下,研究新的探水技术和方法对煤矿安全生产有着重要的现实意义,而煤矿钻孔超前物探技术[2]作为一种新的物探技术,对探明煤矿井下地质情况提供了新的技术方法和探测思路,它能够实现钻孔全方位超前探水功能[3],仪器自动利用电导率法[4,5,6,7]和激发极化法[8,9,10,11]同时进行探测。本文建立了单孔、双孔和三孔三种探测空间模型,对煤矿钻孔超前探水技术的实际应用具有一定的指导意义。

1 钻孔超前探水技术的探测原理

在煤矿巷道内,钻孔沿巷道延伸的方向钻进,钻孔超前探测[12,13,14,15]的电极只能布置在巷道和钻孔内,为达到超前探测钻孔周围30m左右的探测距离,选择了类似于偶极装置,但与偶极装置有所不同的是,该供电B极在钻孔口后方100~150m左右并在巷道内固定不动,A、M、N电极组成的探测探头放置在钻孔中,每观测一个记录点,探测探头的A、M、N电极一起同步推进,一般每推进一米观测一个测点。电极布置方式如图1。

2 探测空间模型的建立

(1)单孔模型(图2~图3)。

(2)双孔模型(图4~图5)。

(3)三孔模型(图6~图7)。

3 探测空间模型的实际应用

在贵州省黔西南州兴义市某煤矿运输巷掘进头进行了探测空间模型的实际应用。首先采用的是单孔模型,布置了钻孔1,探测深度72m,其方向为斜向顶板方向约20°角,探测结果显示,钻孔1在51~53m处和61~68m处出现异常。为了进一步确定异常体位置,采用双孔模型进行布置,布置了钻孔2,钻孔2探测深度63m,其方向斜向底板方向约10°角,探测结果显示,钻孔2没有出现异常,由孔1和孔2的预报分析图及其参数可以推断异常地质体的位置,如图8所示(图中浅灰色区域和白色区域为单孔模型探测空间平面图,白色区域、深灰色区域和浅灰色区域为双孔模型探测空间平面图)。

4 探测空间模型的分析研究

(1)单孔模型只需在巷道掘进头打一个钻孔,若探测结果显示目标体无异常,则单孔探测空间模型即可满足要求。

(2)双孔模型是在单孔模型的基础上增加一个钻孔,它是单孔模型的补充。若单孔模型探测中发现目标体存在异常,为确定目标体异常的位置,则需要利用双孔探测空间模型。

(3)三孔模型即在巷道掘进头打三个钻孔进行探测。三孔模型是对双孔探测的补充完善,当双孔模型探测不能准确地确定目标体异常的位置时,可布置第三个钻孔。最后一个钻孔的布置,与前两个钻孔呈三角形较好,也可以根据实际情况调整。

摘要：煤矿钻孔超前探水技术作为一种新的物探技术,它对探明煤矿井下掘进目标体水文地质情况提供了新的技术方法和探测思路。本文探索研究的三种探测空间模型,对指导煤矿钻孔超前探水技术的实际应用具有重要意义。

篇9：空间探测的先锋

实验室作为现代科学研究机构中必不可少的重要组成部分，肩负着极其重大的使命，而作为业界翘楚的美国喷射推进实验室，无疑是学界的一大“圣地”。如果仅从其名称来看，喷射推进实验室似乎只是一个普通的实验室而已，但实际上它是一个占地面积达72公顷、拥有各种先进设备、功能完备的科研实体。

喷射推进实验室是美国航空航天局的一个下属机构，所需科研经费主要由联邦财政拨款（最近几年该实验室的年度预算均将近15亿美元），行政上则由加州理工学院负责管理。目前，喷射推进实验室的主要任务是开发和管理各种无人太空探测项目以及环地轨道、天文探测和深空探测任务。

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实验室的归属之争

关于喷射推进实验室的归属问题，还有一个有趣的故事。实验室的设施有很大一部分位于另一个小城——拉肯纳达·弗林屈奇市的土地上，这座小城由南北两部分组成，北部叫拉肯纳达，在西班牙语中的意思是峡谷，南部叫弗林屈奇，这是兴建它的美国议员的名字。因为实验室的通信地址一般都写在帕萨迪纳市的名下，所以这引起了拉肯纳达·弗林屈奇市市民的极大不满。两座小城也常常因为争抢喷射推进实验室的地址落款而争执不休，颇有些类似中国一些相邻的城市之间争抢旅游景点或文化古迹所在地。

大师奠基——实验室的由来

喷射推进实验室始建于1936年，其前身为加州理工学院的古根海姆宇航实验室。古根海姆宇航实验室于1926年在丹尼尔·古根海姆基金的资助下建立。该基金是由美国商人、慈善家丹尼尔·古根海姆和他的儿子——身兼商人、外交官、出版商和飞行家多重身份的哈利·古根海姆于1926年6月16日共同捐资设立的，旨在推动当时航空飞行的科学研究。

1930年，哈利·古根海姆与时任加州理工学院校长的罗伯特·米利肯 （曾获1923年诺贝尔物理学奖）共同说服了著名的匈牙利籍犹太数学家、航空航天工程学家和物理学家西奥多·冯·卡门移民美国并领导古根海姆宇航实验室。我国著名科学家钱学森作为冯·卡门的得意门生，也成为了喷射推进实验室初创时期6人小组中的一员。在冯·卡门的领导下，实验室于1936年开始了对火箭的研究。喷射推进实验室是世界上第一个、同时也是1936～1940年间唯一一个以高校为基地的火箭研究中心，是世界空间科学与技术的发祥地。

慧眼识才——实验室的科学精神

冯·卡门对钱学森颇为欣赏，曾经说道：“我发现他非常富有想象力，他具有天赋的数学才智，这种才智是我不常遇到的。”冯·卡门是当时世界上空气动力学方面的顶尖学者，他对学生的要求与众不同，他极其看重学生的创新精神。冯·卡门认为，任何一个工程技术问题根本就没有什么百分之百的准确答案，如果有，那也只是解决问题和开拓问题的方法。在这样的学术环境下，钱学森的思维变得十分活跃和开放，他不仅听冯·卡门讲授的空气动力学，还经常去物理系、化学系和生物学系听课。很快，钱学森就变成了学院的著名人物。

有一次，著名科学家、时任物理系教授的保罗·爱泼斯坦对冯·卡门说：“你的学生钱学森有时在我的班上听课，他才华横溢。”

“是的，他极为优秀。”冯·卡门回答。

“那么，请你告诉我，你是否觉得他有犹太血统？”同是犹太人的爱泼斯坦诙谐地追问道。

冯·卡门没有回答，而是耸了耸肩，开心地笑了起来。这两位大师之间的幽默对白同时表达了他们对钱学森发自内心的赞许。

此外，冯·卡门还倡导自由民主的学风，鼓励学生们在学术上勇于自由地发表意见。在一次学术研讨会上，钱学森刚念完自己的一篇论文，就有一位老教授站起来提了不同意见，结果被钱学森毫不客气地顶了回去。当时，彼此都没有在意，讨论继续进行。

会后，冯·卡门笑着问钱学森：“你知道那位老人是谁吗？”钱学森说不知道。冯·卡门笑得更欢了：“他就是大名鼎鼎的冯·米塞斯呀！”这下轮到钱学森大吃一惊了：“我的天，他就是力学权威冯·米塞斯啊！”但是，冯·卡门并没有因为钱学森顶撞了权威而责备他，反而称赞道：“不过，你回答他的那句话好极了。”

同样的事情也曾经发生在这对师生之间。有一次两人为了一个问题争论得不可开交，冯·卡门甚至大发脾气，把东西摔在了地上。钱学森从未见到冯·卡门如此生气，就不声不响地离开了。不料第二天下午，冯·卡门突然来找钱学森，面带歉意地对他说：“昨天下午，你是正确的，我是错误的。”这让钱学森感动不已，也让他深刻地认识了一位大师的风范，这一切对他以后的学术生涯影响很大。

1939年夏，钱学森获得加州理工学院航空、数学博士学位。

出手不凡——实验室在战争中的角色

第二次世界大战期间，喷射推进实验室承担了更多与军事有关的任务。美国军方就曾委托喷射推进实验室对有关纳粹德国研制的V2火箭及其他一些军事工程项目的情报进行科学评估。1939年，喷射推进实验室在美国陆军的资助下进行了一些关于火箭的项目研究。1941年，实验室首次向美国军方展示了可用于缩短飞机起飞滑跑距离的助推起飞火箭。1943年，以冯·卡门为首成立了一个公司专门制造助推起飞火箭，到了11月，这个机构启用了喷射推进实验室这个名称，正式成为了加州理工学院管辖下的军方研究机构。

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二战结束后，喷射推进实验室先后研发了两种进入实战部署的武器系统：MGM-5“下士”和MGM-29 “中士”近程弹道导弹。“下士”近程弹道导弹是美国第一种可以携带核弹头的弹道导弹，也可以配用常规弹头，它还是美国第一种被出售给外国（英国）的弹道导弹。1955年第一个“下士”导弹营被部署在欧洲，到1964年为止，美国一共正式部署了6个“下士”导弹营。“下士”导弹的最大射程约为139千米，由于导弹采用了液体火箭发动机，使用的燃料具有很强的腐蚀性，导致装填作业异常危险和繁琐。同时，复杂的液体火箭发动机降低了可靠性，落后的制导方式使得命中精度也很差，所有这一切最终导致“下士”导弹被使用固体火箭发动机的“中士”导弹所取代。“中士”近程弹道导弹是美国陆军研发的第一种采用固体燃料的地对地导弹，而喷射推进实验室正是主要合同商。1962年“中士”导弹入役，并于次年开始正式部署海外。“中士”的制导方式是惯性导航而非“下士”的指令制导，这样可以提供更强的抗干扰能力，所需的地面支持设施也更少。“中士”导弹发射前的准备工作所需时间更短，操作也更为安全。

在冷战高峰期间，喷射推进实验室还研发了一系列原型武器系统（指未能进入部队正式服役的武器系统），如洛基防空导弹系统和阿洛比探空火箭的前身等。

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实验室的第一位女性科学家

早在20世纪四五十年代，喷射推进实验室就开始录用女性员工，主要工作是操作用来计算弹道的机械式计算机，当时这个计算组的操作人员都是女性。然而，直到1961年，丹娜·尤勒瑞才作为实验室雇佣的第一位女性科学家正式开始与男性同事们一起工作。丹娜是一名出色的计算机科学家，1959年毕业于爱荷华州的格林尼尔学院，获得英语文学和数学的双学位，后又于1975年在特拉华大学获得计算机科学专业的博士学位。丹娜在喷射推进实验室的主要工作是为各种项目进行建模和算法设计，这些项目包括美国航空航天局的深空探测网以及测距者计划与水手计划所使用的实时自动跟踪系统。

空间探索——实验室的现在与未来

1958年12月，喷射推进实验室转归美国航空航天局管理，成为该局行星探测飞行器项目的主要负责机构。喷射推进实验室的无人星际探索任务就此开始，实验室在白沙导弹靶场、爱德华兹空军基地等地开展了大量的火箭实验任务。

喷射推进实验室曾在1939年研发过登月飞行器，这一飞行器设计甚至影响了20世纪60年代的“阿波罗登月计划”。作为在深空探测领域内处于世界领先地位的科研机构，喷射推进实验室先后为“阿波罗登月计划”进行了很多先期的勘测工作，并向火星、金星和水星发射了无人探测器。自20世纪60年代以来，喷射推进实验室已经主持和参与了上百次空间探测飞行项目，包括著名的探索者计划、先锋计划、海盗计划、伽利略木星探测计划和火星漫步计划等，并向太阳系的多个行星发射了无人探测飞行器。

实验室的科学家们主要使用自主研发的各种无人飞行器上所搭载的先进探测设备，对地球及其周边行星系统和深太空进行探测和实验研究。喷射推进实验室的科研范围很广，覆盖了行星科学、天体物理学、地球科学等诸多学科领域，执行的也多是可以引导新观测需求和新概念任务的前沿性、基础性研究。例如，实验室的技术研发就涵盖了机器人系统、远程传感仪器、深空通信与导航、精确飞行、对地观测与环境监护等诸多领域。此外，喷射推进实验室还成功地将多项空间技术成功地应用于国土安全、公众安全和医药健康等领域，堪称基础研究向应用技术领域转移的典范。

实验室目前最引人注目的三大科研项目为：1.“火星科学实验室任务”，该项目主要通过发射无人太空探测器（即于2012年8月成功登陆火星的“好奇”号火星车）对火星进行科学探测，“好奇”号火星车携带了大量由各国科学家合作研制的探测设备，旨在研究火星的气候、地质、矿藏情况以及是否有存在生命可能性，以便为将来的人类登陆火星计划做准备;2.“卡西尼——惠更斯”计划，即土星探测计划，该项目也是通过发射无人太空探测器来研究土星及其卫星的相关情况;3.“X射线核光谱望远镜阵列”，用于探测黑洞，以及通过对尚存的大质量恒星的成像来了解在它们爆炸时元素是如何形成的。在未来的10年间，喷射推进实验室还将计划实施多达十几次的太空探测器发射任务。

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实验室的 “练摊日”

喷射推进实验室在每年的5月或6月，设有一年一度的公众开放日。届时公众将有机会参观一些平时不对外公开的工作区域，包括装配和测试太空飞行器的车间等，还可以拍照留念。借此机会，还有许多实验室的科学家会出来“练摊”，拿出自己的研究成果向公众展示，并现场答疑解惑。公众开放日不但是科学家向公众进行科普、与外界形成良性互动的好机会，而且还可以为实验室争取到更多的科研经费大造声势。

经过近80年的发展，今天的喷射推进实验室已经是美国航空航天局下属的最重要的实验室，拥有雇员近1万人，其中全职的雇员约有5000人，另有数千名合同制工作人员，其中仅华裔科学家就有300多人，可谓世界上最大的实验室了。

作为世界一流的实验室，喷射推进实验室不但拥有辉煌的历史，更执着地行进在科学探索的前沿。在可以预见的将来，拥有大批优秀科学家和先进设备的喷射推进实验室仍将继续保持其在空间探测领域内的领先地位，为人类揭开更多太空深处的秘密。

【责任编辑】张小萌

篇10：大空间火灾探测器的选择

摘 要：火灾自动报警系统的设计关键在于选用合适的火灾探测器，从国家规范并结合当前国际国内火灾报警技术发展水平出发，可以给出在大空间火灾探测中现有条件下可采取的措施。

关键词：对射式红外光束感烟探测器;空气采样火灾探测器;光截面图像感烟探测器

篇11：空间目标探测技术研究

行星际空间环境对探测器可靠性影响分析

空间环境是影响航天器可靠性的重要因素.与地球轨道航天器相比,行星际探测任务可能会遭受更加恶劣的`空间环境,例如极端温度环境,辐射环境,腐蚀性大气环境、宇宙尘等,再加上行星际任务寿命长,采用先进的器件和材料,空间环境对行星际探测器的可靠性构成严重的威胁,直接关系到探测目标能否实现.因此考虑空间环境对行星际探测器的影响,开展相关的预先研究无论是对于制定行星际空间探测计划,还是搭载仪器的设计都具有非常重要的意义.文章分析了极端温度、辐射环境和行星表面综合环境对探测器的影响,并对开展相关研究提出了建议.

作 者：张庆祥 王立 ZHANG Qingxiang WANG Li  作者单位：中国空间技术研究院,北京,100094 刊 名：航天器工程  ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENGINEERING 年，卷(期)： 16(6) 分类号：V52 关键词：行星际探测器   空间环境   极端温度   辐射环境   综合环境