航天器贮箱液体推进剂剩余量光学测量改进方法

《航天器贮箱液体推进剂剩余量光学测量改进方法》是一篇关于航天器推进系统中液体推进剂剩余量检测技术的学术论文。该论文针对传统测量方法在精度、实时性和适用性方面的不足，提出了一种基于光学原理的改进测量方法，旨在提高航天器在轨运行期间对推进剂剩余量的监测能力。论文的研究背景源于航天器在长期任务中对燃料管理的高要求，特别是在深空探测和载人航天任务中，推进剂的精确测量直接关系到飞行安全与任务成败。

在传统方法中，航天器贮箱液体推进剂的剩余量通常通过重力加速度传感器、压力传感器或惯性测量单元等设备进行估算。然而，这些方法在微重力环境下存在较大误差，且难以实现非接触式测量。此外，由于航天器在轨运行时可能受到外部扰动的影响，传统的测量手段往往无法准确反映推进剂的实际状态。因此，研究一种更加可靠、高效且适用于复杂环境的测量方法成为迫切需求。

本文提出的光学测量改进方法，主要利用激光雷达（LiDAR）和图像识别技术相结合的方式，对贮箱内部的液体界面进行高精度测量。该方法的基本原理是通过向贮箱内部发射激光，并接收反射信号，根据光束的传播路径和反射强度变化，计算出液体表面的位置信息。同时，结合图像处理算法，可以进一步提升测量精度并减少外界干扰带来的影响。

论文详细介绍了光学测量系统的硬件组成和软件算法设计。在硬件方面，系统包括激光发射模块、接收模块以及高分辨率成像设备，能够实现对贮箱内部的多角度扫描。在软件算法方面，作者提出了一种基于深度学习的图像分割模型，用于识别液体与气体的分界线，并通过多帧图像融合技术提高测量的稳定性。此外，论文还引入了自适应滤波算法，以消除噪声和随机误差，从而提高整体测量精度。

为了验证所提出方法的有效性，论文进行了大量的仿真和实验测试。仿真结果表明，在不同贮箱形状和液体密度条件下，该方法均能保持较高的测量精度，误差范围控制在1%以内。实验部分则在地面模拟舱中进行了实际测试，测试数据与理论值高度吻合，证明了该方法的可行性。同时，论文还对比了传统测量方法与新方法的性能差异，结果显示，新方法在测量速度、精度和抗干扰能力等方面均有显著提升。

除了技术层面的改进，论文还探讨了该方法在航天器上的应用前景。随着深空探测任务的不断推进，航天器对推进剂管理的需求日益增长，而现有的测量手段已难以满足未来任务的要求。光学测量方法不仅能够提供更精确的数据支持，还能为航天器自主决策和轨道调整提供重要依据。此外，该方法还可拓展至其他类型的液体存储容器，如卫星燃料舱、空间站生活舱等，具有广泛的应用价值。

最后，论文指出，尽管当前的光学测量方法已经取得了良好的效果，但仍存在一些挑战需要进一步解决。例如，在极端温度和辐射环境下，光学设备的稳定性和可靠性仍需进一步验证；此外，如何将该方法小型化、集成化，使其适用于体积受限的航天器平台，也是未来研究的重要方向。因此，后续工作应着重于优化系统结构、提升环境适应能力，并探索与其他传感技术的融合方式，以实现更加全面的推进剂监测体系。