月球与行星探测激光测距仪通用规范

月球与行星探测激光测距仪通用规范

国家标准 GB/T41209一2021 月球与行星探测激光测距仪通用规范 speeitfieationsforlaserrangefinderftorlunarandplanetaryexploration General 2021-12-31发布 2022-07-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花警理委员会国家标准
GB:/T4120g一2021 目 次 前言 范围 规范性引用文件 术语和定义 .中 . 技术要求 功能 4 .2 性能 4.3环境适应性 测试及试验方法 5.1功能测试 5.2性能测试 5.3环境适应性试验测试 包装,运输 i、存储和随行文件 6.1包装 6.2运输 10 6.3存储 10 6.4随行文件 10 参考文献
GB/41209一2021 前 言 本文件按照GB/T1.1一2020<标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 本文件的发布机构不承担识别专利的责任 本文件由科学院提出 本文件由全国空间科学及其应用标准化技术委员会(SAC/Tc312)归口 本文件起草单位:科学院上海技术物理研究所 本文件主要起草人:黄庚华、舒蝶、贾建军、姜浩、吴金才、程鹏飞、丁宇星、陈滔、洪光烈、姜紫庆
GB/41209一2021 月球与行星探测激光测距仪通用规范 范围 本文件规定了应用于月球与行星探测任务的激光测距仪的技术要求、试验方法、包装、运输、存储和 随行文件 本文件适用于月球与行星探测任务的激光测距仪的设计、生产与应用等 其他工作于大气层外环 境的激光测距仪参照使用 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件 GB/T2423.1电工电子产品环境试验第2部分;试验方法试验A:低温 GB/T2423.5环境试验第2部分;试验方法试验Ea和导则:冲击 GB/T2423.10环境试验第2部分;试验方法试验Fe;振动(正弦 GB/T2423.15电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Ga和导则;稳态加速度 GB/T2423.22环境试验第2部分;试验方法试验N温度变化 GB/T2423.56环境试验第2部分;试验方法试验Fh;宽带随机振动和导则 GB/T4937.18半导体器件机械和气候试验方法第18部分;电离辐照(总剂量 137392011激光光束宽度、发散角的测试方法以及横模的鉴别方法 T GB GB/T14267-2009光电测距仪 GB/T17626.1电磁兼容试验和测量技术抗扰度试验总论 GB/T17626.2电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验 GB/T17626.3电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 GB/T17626.4电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 试验和测量技术浪涌冲击)抗扰度试验 GB/T17626.5电磁兼容 GB/T17626.6电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度 GB/T17626.7电磁兼容试验和测量技术供电系统及所连设备谐波、间谐波的测量和测量仪 器导则 GB/T17626.8电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验 GB/T17626.9电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验 GB/T17626.10电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡磁场抗扰度试验 GB/T17626.11电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验 GB/T17626,12电磁兼容试验和测量技术振铃波抗扰度试验 GB/T26829脉冲激光测距仪测距参数的室内测试方法 GB/T29299半导体激光测距仪通用技术条件 GB/T34515航天器热平衡试验方法
GB/T41209一202 GB/T34522航天器热真空试验方法 GB/T37079设备可靠性可靠性评估方法 GB/T37757电子电气产品用材料和零部件中挥发性有机物释放速率的测定释放测试舱-气相 色谱质谱法 术语和定义 GB/T14267一2009,GB/T29299界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 测距精度rangingaceuraey 仪器距离测量结果偏离应有值的程度 注:用测距标准差(standarddeviation)表示 [来源;G;B/T14267一2009,3.ll,有修改] 3.2 测距分辨率rangingresolutonm 仪器能够有效辨别的最小测距示值差 [C来源;GB/T14267一2009,3.9,有修改] 3.3 scalecorreetion 乘常数 与仪器所测距离成比例的改正因子 [来源:GB/T14267一2009,3.8] 3.4 最大测程nmaximmumrange 在规定目标表面反射率和激光传输环境下,达到规定的探测概率时所能探测到的最远距离 3.5 最小测程 nminimumrange 在规定目标表面反射率和激光传输环境下,达到规定的探测概率时所能探测到的最短距离 技术要求 4.1功能 4.1.1背景光抑制及耐强光 应具备背景光抑制及耐受太阳直射能力,噪声引起的错误数据率应小于1%,耐受太阳直射时间应 不小于30s 4.1.2自动增益调整 应具备信号强度判断和自动增益控制能力,可适应信号强度变化 4.1.3在轨状态调整 应具备通过指令注人进行在轨状态调整功能,包括激光发射能量调整、激光回波鉴别阔值调整、核 心温度范围调整等
GB/41209一2021 4.1.4在轨自检 应具备在轨自检功能,包括测距数据有效性、超量程判断、控制单元运行状态判断、温度范围判 断等 4.2性能 4.2.1激光发散角 激光发散角应不大于lmrad 4.2.2激光发射能量 对月球探测激光发射能量应在10m~100mJ,对小行星探测激光发射能量应在0.1m~10mJ 4.2.3激光重复频率 激光重复频率应在1Hz10Hz. 4.2.4测距分辨率 测距分辨率应不高于0.5m 4.2.5测距精度 对月球与行星探测轨道,高度为200km量级的,测距精度应不高于5m 4.2.6最大测程 对月球与行星(不含小行星)环绕轨道探测的最大测程应在100km200km 对小行星探测的最大测程应在15km一50km 4.2.7最小测程 对月球与行星(不含小行星)环绕探测的最小测程应不低于1km 对小行星抵近探测着陆探测的最小测程应不高于10m 4.2.8动态范围 应适应回波信号强度,动态范围不小于40dB 4.2.9寿命 激光测距仪整机在轨工作寿命应不小于2个地球年，激光发射装置累计发射次数不小于 1X10次 4.2.10可靠性 应符合航天产品可靠性要求 4.3环境适应性 4.3.1空间温度适应性 应采取相应的温控措施,在空间温度范围内及真空环境下正常工作
GB/T41209一2021 4.3.2力学环境适应性 应提出加速度、正弦振动、随机振动、冲击等力学环境试验的要求,并进行相关试验验证 4.3.3真空环境适应性 为确保激光发散角适应真空环境要求,应优先选用无挥发性材料避免光学系统污染,内部激光器腔 体应采用气密设计 4.3.4抗空间辐照性 对无先验数据的材料和元器件应进行紫外辐照,电离总剂量辐照等试验验证 抗空间辐照试验应 符合航天产品抗辐照设计要求 4.3.5电磁兼容性 根据激光测距仪在卫星或探测器内位置确定电磁兼容性要求,符合GB/T17626.lGB/T17626.12 规定 测试及试验方法 5 5.1功能测试 5.1.1检验项目及测试方法 应通过功能测试验证产品功能要求的符合性 功能检验项目及测试方法按表1规定 表1功能测试 序号 试验项目名称 鉴定检验交付检验 试验方法 背景光抑制及耐强光功能 按5.1.2b)和5.1.2e)规定 自动增益调整 按5.1.2a)规定 在轨状态调整 按5.1.3a)规定 在轨自检 按5.1.3b)规定 注“ ”表示必检项目,“一”表示可选项目 5.1.2室外测距试验 室外测距试验通过测量激光测距仪在目标信号变化下的测距能力,测试激光测距仪背景光抑制及 耐强光、自动增益调整功能 室外测距试验测试框图见图1 激光测距仪 接收望远镜 面 目 PC机 标 脉冲激光器 光学衰减片组 图1室外测距试验测试框图
GB/41209一2021 测试方法如下 a 在激光发射光路上安装光学衰减片组,对面目标进行测距 调整光学衰减片组模拟信号变化 动态范围,放大器增益可随衰减片组变化自动调整,认为自动增益调整有效 b 在较亮光照条件下对面目标进行测距,测试虚警率,当噪声引起的错误数据率小于1%时,认 为背景光抑制功能有效 将激光测距仪对准太阳,持续时间不小于30s,测距仪不被损坏,太阳光移出视场后5、内测距 仪能恢复正常工作,认为耐强光功能有效 5.1.3室内测距试验 室内测距试验通过测量激光测距仪的指令响应、数据传输能力,测试在轨参数调整、在轨自检等 功能 测试步骤如下 连接地检设备,通过指令注人进行在轨状态调整,包括激光发射能量调整,激光回波鉴别值 a 调整、核心温度范围调整等,响应参数与调整参数一致认为在轨状态调整功能有效 通过地检设备接收激光测距仪自检数据包,包括测距数据有效性,超量程判断、控制单元运行 b 状态判断、温度范围判断等,数据正确认为在轨自检功能有效 5.2性能测试 5.2.1检验项目及测试方法 应通过性能测试验证产品性能指标的符合性 在激光测距仪的鉴定检验阶段及交付检验阶段都需 对性能指标进行测试 性能指标检验项目及试验方法按表2规定 其他标准中可直接采用的测试分析 方法,均标注规定标准编号,不再详细阐述 表2性能指标测试 序号 试验项目名称 鉴定检验 交付检验 试验方法 激光发散角 按5.2.2规定 激光发射能量 按5.2.3规定 激光重复频率 按5.2.3规定 测距分辨率 按5,2.4规定 测距精度 按5.2.5规定 最大测程 本 5.2.6 规定 最小测程 按GB/T26829规定 动态范围 按5.2.7规定 寿命 按5.2.8规定 10 可靠性 按GB/T37079规定 注:“ ”表示必检项目,“一”表示可选项目 5.2.2激光发散角测试 可使用如下方法之一进行测试 按GB/T13739一2011中5.2.2及第6章的测试方法进行测量; a
GB/T41209一2021 b 在GB/T13739一2011中5.1.2基础上,采用光束分析仪进行激光发散角测量 激光发散角测 试框图见图2 会聚透镜 激 发 光学衰片组 光束分析仪 光 射 测 距 接 (透镜焦距 收 仪 图2激光发散角测试框图 测试步骤如下 搭建光学系统.将光束分析仪放置在会聚系统焦面处; a b) 在光束分析仪软件中输人会聚系统焦距,探测器像元尺寸等参数,并对光束分析仪进行背景噪 声校正; 开启激光,利用光学衰减片组添加或减少发射光路上衰减量,使得光束分析仪上的光斑强度刚 好不饱和为止 激光稳定后,在光束分析仪软件中选择能量占比为1/e的判断条件,以软件计算输出的发散 d 角作为测试结果 5.2.3激光发射能量及重复频率测试 采用激光能量计进行检测,探头有效孔径应大于激光出射光斑直径 激光能量测试系统框图见 图3. 激光测距仪 接收望远镜 激光能 脉冲激光器 量计 图3激光能量测试系统框图 测试步骤如下 盖住激光测距仪接收天线,将能量探头安装在激光发射光路中心处使得激光光斑全部落在探 a 头探测面上; b 调整结束后开始测量激光能量,采用能量计自带的统计功能,测量次数不低于50次 到达测量次数后,能量计自动停止统计,读取其能量平均值作为激光器的发射能量,读取其频 率值作为激光器的重复频率 5.2.4测距分辨率测试 测试系统框图见图1 测试步骤如下 对选定位置进行距离测量,测量次数不低于50次,取测量平均值作为第一次测量点距离Lo a
GB/41209一2021 单位为米(m); b 将激光测距仪沿发射光轴方向前移或后移一个分辨率距离LR,进行距离测量,测量次数不低 于50次,取测量平均值作为移动后测量点距离L1,单位为米(m); 计算|L1一L. l,结果即为测距分辨率,单位为米(m). 5.2.5测距精度测试 5.2.5.1乘常数不显著产品测试方法 对最大测程内乘常数不显著的产品,选择以下两种方法之一进行测试 按GB/T26829规定,在产品发射、接收光路中接人固定长度光纤进行测试 要求光纤往返等 效光程与最大测程大致相当 b)按5.1.2在室外对已知距离面目标进行测试 按公式(1)计算得到测距精度: d)? d An 式中 n次测距数据的标准差,单位为米(m); n 经仪器测得的距离与实际距离之间的常数差值修正后的第i次测量值,单位为米(m); d， 标定距离,单位为米(m) 5.2.5.2乘常数显著产品测试方法 对最大测程内乘常数显著的产品,按公式(2)和公式(3)计算 diR一d n= 3 diR=l，Rm× 式中 -第i次测量值中的最大测程,单位为米(m); dliR8 -激光测距仪乘常数 -最大测程,单位为米(m) R 5.2.6最大测程测试 采用消光比法进行最大测程测量 对一个已知距离、已知反射率的面目标按固定频率进行探测,在 激光发射路径上放置光学衰减片组,不断增加衰减量,直至探测概率降低到95%或具体指标要求时,以 此时激光发射路径上的光学衰减量作为消光比(ER) 测试系统框图见图1 测试步骤如下: 选择能见度>5km,无雨,无尘,无雾的天气进行对外面目标测试; a b 采用辅助瞄准镜对准目标,激光发射光路与面目标基本垂直 调整激光发射光路上的光学衰减片组,直至探测概率降低至95% c d 记录此时的激光能量、光学衰减量,获得消光比系数ER; 按公式(4)计算得到最大测程: e prR" 100.,1ER R 0T
GB/T41209一2021 式中 行星探测环境单程透过率; Tn -测试时大气透过率; T心 行星表面漫反射率; 消光比测试靶板的漫反射率 ER 消光比系数,无屋制 测试粑板距离,单位为米(m) 5.2.7动态范围测试 动态范围测试过程如下 按5.2.6进行消光比测试,在达到最大消光比ER后,在当前位置进行距离测量,测量次数不低 a 于50次,取测量平均值作为L0; b)降低消光比系数ER至要求的动态范围 继续在当前位置进行距离测量,测量次数不低于50次,得到测量平均值作为L1 c 计算|L1一L d) 动态范围测试可与最大测程测试一起进行,当计算结果小于要求的测距精度时,判为有效;否则,判 为无效 5.2.8寿命试验 寿命试验仪器中所用材料、工艺与发射产品应保持一致 激光器寿命试验条件及方法如下 试验环境:常温常压; a b 激光器头部温度范围按中心工作温度点要求,并采取强制冷却等措施保持激光器头部温度稳 定在士1C内; 采取等速或加速工作模式,使激光累积发射脉冲>1×10次,或以输人规范要求的脉冲数 为准 试验中途若激光发射能量下降幅度超过10%,可在安全裕度范围内提高激光器驱动电流增加 d 输出能量,直至达到累积脉冲次数 若仍达不到,该项试验终止 5.3环境适应性试验测试 5.3.1检验项目及测试方法 通过环境试验验证产品对环境适应性要求的符合性 在激光测距仪的鉴定检验阶段及交付检验阶 段都应对环境试验项目进行相关试验 环境试验项目及试验方法按表3规定 其他标准中可直接采用 的测试分析方法,均标注规定标准编号,不再详细阐述 表3环境试验项目及试验方法 序号 试验项目 鉴定检验 交付检验 试验方法 热循环 按GB/T2423,22规定 低温存储 按GB/T2423.1规定 空间温度适应性 热真空 按GB/T34522规定 热平衡 按GB/T34515规定
GB/41209一2021 表3环境试验项目及试验方法(续》 序号 试验项目 鉴定检验 交付检验 试验方法 加速度 按GB/T2423.15规定 正弦振动 按GBy/T2423.10规定 力学环境适应性 随机振动 按GB/T2423.56规定 冲击 按GB/T2423.5规定 真空激光性能测试 按5.3.2规定 真空环境适应性 10 材料挥发测试 按GB/T37757规定 1l1 电离总剂量辐照 按GB/T4937.18规定 抗空间辐照设计 紫外辐照 按5.3.3规定 12 按GB/T17626.1 13 电磁环境适应性 电磁兼容性测试 GB/T17626.12规定 注1:“ ”表示必检项目,“一"表示可选项目 注2电离总剂量辐照,紫外辐照,真空材料挥发一般为原材料及组件试验 5.3.2真空激光性能测试 真空激光性能测试是用来验证激光器在真空中正常工作及适应中心工作温度点漂移的能力 测试 原理框图见图4 温控系统 光束分析仪 激光测距仪 地检系统 平行光管 真空罐 图4真空激光性能测试原理框图 测试步骤如下 将被测激光测距仪安装在真空罐内的载物平台上,要求参与测试的平行光管也处于同一压力 环境、同一安装平台上 如测试条件不允许,可将平行光管安装在真空罐外,通过透光窗口进 行测试,并根据指标需求适当放宽要求 激光测距仪发射通道上安装光学衰减片组,将激光发射光束引人平行光管焦面上的光束分析 仪上,模拟远距离上的激光光斑分布情况 按真空罐操作规程关闭真空罐,启动温度控制装置 将真空罐压力降低至不大于6.65×10-Pa. 按热平衡试验的试验规程进行温度控制 在激光器中心工作温度点进行士3C温度拉偏,进 行激光发散角、激光发射光轴测试
GB/T41209一202 测试结束后,应判断真空下激光测距仪的激光发散角是否满足要求 5.3.3紫外辐照测试 紫外辐照测试是为了检验直接暴露在空间中的有机材料、高分子材料、光学材料,薄膜和涂层等材 料承受紫外辐照的能力 测试步骤如下 选择与太阳紫外辐照相匹配的紫外光源作为试验光源 a b 如果以高于一个太阳当量的紫外强度的光源进行辐照试验加速试验)时,应根据样品的升温 情况,采取措施将试验样品的温度控制在50以下,以消除热效应的附加影响 测试前后,应对受试验材料的功能和性能进行测量,使其满足设计要求 包装,运输,存储和随行文件 6. 包装 包装材料和包装容器应符合防潮、防震等要求,并采取以下措施 箱面应喷或粘贴产品代号、生产批次、生产单位名称; a 产品外部接插件及接收光学装置应安装防尘罩,激光发射口应安装激光能量吸收体 b c 静电敏感器件的输人端如悬空,则应安装防静电短接插头; 产品应紧固在保护底座上,扣上硬质防尘罩后一起放人包装箱内; 防尘罩与包装箱间的空隙需垫实、压紧; 短期存储应带干燥剂包装 6.2运输 可用汽车,火车、飞机等一般交通工具进行产品运输 在运输过程中,应注意如下事项 小心轻放,避免碰撞和敲击 a b)始终保持包装材料和包装容器完整,避免破损,确保产品不直接暴露于运输环境 6.3存储 存储环境应满足下列要求 温度:5C一30C; a b 相对湿度:30%一60%; 洁净度:>10万级 c 当存储时间超过3个月时,应将产品转移至防潮柜内,并保持环境条件为:温度15C一25C,相对 湿度<30% 6.4随行文件 随行文件应包括技术使用说明书、产品履历书、产品证明书,装箱清单 10
GB/41209一2021 考文 参 献 Q1408A一1998航天产品可靠性保证要求 [[2]Q1558B-2016真空条件下材料挥发性能测试方法 [3]Q2668一1994航天产品可靠性设计准则电子产品可靠性设计准则 [4]Q20422.62016航天器组件环境试验方法第6部分;加速度试验 atibhility [5]IsO14302;2002Space -Eletromagnetiecompat SystemS requirements TheParticleandUltravioletUVRadiation TesingfspaceMaterils [[6]ESAPss-01-706

月球与行星探测激光测距仪通用规范解析

随着人类对宇宙的探索不断深入，月球与行星探测任务越来越受到关注。而激光测距仪作为一种精密测量设备，在探测任务中发挥着重要作用。GB/T41209-2021《月球与行星探测激光测距仪通用规范》是我国最新发布的关于该领域的标准，旨在指导和规范月球与行星探测激光测距仪的研制和应用。

规范适用范围方面，GB/T41209-2021规定了适用于月球、火星、金星等行星探测任务中激光测距仪的设计、研制和测试。术语和定义方面，规范要求明确激光测距仪相关的术语和定义，便于各方理解和沟通。

技术要求方面，规范针对激光测距仪的精度、可靠性、安全性等方面提出了具体要求。例如，规范要求激光测距仪测量误差不得超过一定范围，同时要求激光测距仪的结构和材料要符合特定的要求。

试验方法方面，规范要求在激光测距仪研制和测试过程中，必须按照相应的试验方法进行验证和评估。例如，规范要求进行激光测距仪的环境适应性试验、振动试验、真空试验等多项试验，以确保激光测距仪能够正常工作。

总之，《月球与行星探测激光测距仪通用规范》（GB/T41209-2021）是指导和规范月球与行星探测激光测距仪研制和应用的重要标准，对于提高探测精度和安全性具有重要意义。在实际应用中，我们需要严格按照该规范的要求进行设备研制、试验验证和应用管理工作，才能更好地为月球与行星探测任务提供支持。

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2022/7/8 21:14:34 即将实施