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1 引言1

1．1 概念设计2

1．2 航天飞行器传感器的成本3

1．2．1 成本估算简介4

1．2．2 成本数据5

1．2．3 成本估算方法学5

1．2．4 成本估算关系方法7

1．2．5 保险成本8

1．3 航天飞行器传感器权衡研究9

1．4 航天飞行器环境10

1．4．1 真空11

1．4．2 中性环境影响12

1．4．3 等离子体环境效应12

1．4．4 辐射环境影响12

1．4．5 污染13

1．4．6 复合影响13

1．4．7 空间垃圾14

1．5 标准14

1．6 封装16

1．7 接口与集成17

1．7．1 Mil-STD 1553接口17

1．7．2 邻近问题20

1．7．3 集成20

1．8 测试21

1．8．1 性能测试22

1．8．2 热测试22

1．8．3 电晕弧24

1．8．4 电磁兼容（EMC）和电磁干扰（EMI）测试24

1．8．5 振动测试25

1．8．6 平衡26

1．8．7 任务仿真测试27

1．9 在轨传感器27

1．9．1 参考坐标系27

1．9．2 三维空间的坐标变换29

1．9．3 圆锥曲线轨迹31

1．9．4 航天飞行器的姿态33

参考文献36

2 传感器与信号38

2．1 传感器特性38

2．1．1 准确度和精确度38

2．1．2 滞后39

2．1．3 标定40

2．1．4 传递函数40

2．2 信号种类41

2．2．1 信号特性42

2．2．2 周期信号43

2．2．3 脉冲信号43

2．2．4 随机信号44

2．3 转换信号51

2．3．1 模-数转换器51

2．3．2 数-模转换器55

2．3．3 数-模转换器与模-数转换器的误差55

2．3．4 调制56

2．4 数据分析59

2．4．1 不确定度分析与误差传递61

2．4．2 回归分析62

2．4．3 最小二乘法62

2．4．4 傅立叶分析63

参考文献66

3 航天飞行器传感器中的噪声与滤波68

3．1 内部噪声68

3．1．1 热噪声68

3．1．2 热电动势69

3．1．3 参数噪声70

3．1．4 暗电流70

3．1．5 散粒噪声70

3．1．6 过量噪声或1／f噪声71

3．1．7 介电吸收71

3．2 外部噪声71

3．2．1 杂波噪声71

3．2．2 干扰噪声72

3．2．3 无线电频率耦合73

3．2．4 电磁场耦合73

3．2．5 电感耦合73

3．3 信噪比73

3．4 滤波器类型74

3．4．1 低通滤波器77

3．4．2 高通滤波器78

3．4．3 带通滤波器80

3．5 数字滤波81

3．5．1 窗函数设计84

3．5．2 FIR滤波器设计举例85

3．5．3 IIR滤波器设计86

3．6 微波滤波器86

3．7 光滤波器88

3．8 数字图像滤波90

3．9 卡尔曼滤波器90

3．9．1 状态空间91

3．9．2 离散卡尔曼滤波器91

参考文献93

4 红外传感器95

4．1 电磁波95

4．1．1 电磁波谱95

4．1．2 麦克斯韦方程97

4．1．3 波动方程99

4．1．4 麦克斯韦方程解101

4．1．5 相速和群速102

4．1．6 偏振103

4．1．7 辐射104

4．1．8 辐照度105

4．1．9 干涉106

4．1．10 衍射107

4．1．11 黑体辐射108

4．2 物质间的相互作用110

4．2．1 大气吸收111

4．2．2 反射112

4．2．3 散射112

4．3 光学113

4．3．1 折射/反射114

4．3．2 凹面镜116

4．3．3 透镜117

4．3．4 透镜组合118

4．3．5 像差120

4．3．6 光学分辨率120

4．4 扫描机制122

4．4．1 线性排列：Pushbroom扫描123

4．4．2 Wiskbroom扫描123

4．4．3 扫描仪参数124

4．5 光学探测器124

4．5．1 半导体125

4．5．2 光电效应126

4．5．3 探测器性能参数127

4．5．4 探测器红视127

4．5．5 碲化铟光敏二极管128

4．5．6 碲化汞镉光敏二极管128

4．5．7 热控制129

4．6 地球资源探测卫星7：ETM+130

4．7 地球卫星132

4．7．1 地球卫星：热红外传感器133

4．7．2 地球卫星：短波红外传感器134

4．7．3 地球卫星：可视近红外探测器135

4．8 地球同步环境卫星（GOES）136

4．8．1 GOES-I成像器137

4．8．2 GOES-I／M测声器138

4．9 DSP并口SBIRS139

参考文献141

5 无源微波传感器143

5．1 天线143

5．1．1 矢量电位143

5．1．2 微型天线144

5．1．3 天线辐射图147

5．1．4 方向性和增益149

5．1．5 天线极化150

5．1．6 波导151

5．1．7 天线类型155

5．2 相控阵160

5．2．1 双天线简化阵160

5．2．2 线性天线阵161

5．2．3 二维天线阵163

5．2．4 束流控制164

5．3 辐射计165

5．3．1 天线的功率-温度对应166

5．3．2 辐射线测定法在远程温度测量中的应用167

5．3．3 狄基（Dicke）辐射计169

5．3．4 辐射测量灵敏度170

5．4 Aqua：先进微波扫描辐射计-E（AMSR-E）171

5．5 SeaSat：扫描式多通道微波辐射计（SMMR）173

5．6 Envisat：微波辐射计（MWR）174

参考文献176

6 空基雷达传感器177

6．1 雷达177

6．1．1 概述177

6．1．2 频率带178

6．1．3 雷达平衡方程178

6．1．4 雷达距离方程180

6．1．5 雷达横截面182

6．1．6 虚警报183

6．1．7 多普勒雷达和多普勒效应184

6．1．8 分辨率189

6．1．9 射频功率放大器192

6．2 雷达成像193

6．3 测高学194

6．4 Envisat：RA-2196

6．5 合成孔径雷达197

6．6 Envisat：ASAR199

6．7 干涉SAR200

6．8 地面穿透雷达（GPR）202

MARSIS203

参考文献205

7 全球定位系统（GPS）206

7．1 GPS概述206

7．2 概念207

7．3 GPS信号208

7．3．1 结构209

7．3．2 GPS数据210

7．4 GPS接收器211

7．5 GPS信号处理212

7．5．1 相位编码技术212

7．5．2 载波相位技术214

7．5．3 GPS误差源214

7．5．4 GPS时钟215

7．6 GPS覆盖216

7．7 GPS用于大气测量217

7．8 对接/会合220

7．9 姿态测定220

7．10 业余无线电通讯卫星40（AO-40）221

参考文献222