Spacecraft Sensors

Spacecraft Sensors......Page 4
047086527X......Page 1
Contents......Page 10
Preface......Page 16
1.1 Concepts......Page 20
1.2.1 Introduction to Cost Estimating......Page 24
1.2.2 Cost Data......Page 26
1.2.3 Cost Estimating Methodologies......Page 27
1.2.4 The Cost Estimating Relationship Method......Page 29
1.2.5 Insurance Cost......Page 31
1.3 Spacecraft Sensors Trade-off......Page 32
1.4 Spacecraft Environment......Page 33
1.4.2 Neutral Environment Effects......Page 34
1.4.3 Plasma Environment Effects......Page 36
1.4.4 Radiation Environment Effects......Page 37
1.4.7 Space Junk......Page 38
1.5 Standards......Page 39
1.6 Packaging......Page 42
1.7 Interface and Integration......Page 43
1.7.1 Mil-STD 1553 Interface......Page 44
1.7.2 Proximity Issues......Page 46
1.8 Testing......Page 47
1.8.2 Thermal Testing......Page 49
1.8.3 Corona-arcing......Page 52
1.8.4 Electromagnetic Compatibility and Interference Testing......Page 53
1.8.5 Vibration Testing......Page 54
1.8.6 Balancing......Page 55
1.8.7 Mission Simulation Tests......Page 57
1.9.1 Reference Frame......Page 58
1.9.2 Coordinate Transfer in Three-dimensional Space......Page 60
1.9.3 Conic Trajectories......Page 62
1.9.4 Attitude of a Spacecraft......Page 64
Bibliography......Page 68
2.1 Sensor Characteristics......Page 70
2.1.1 Accuracy and Precision......Page 71
2.1.2 Hysteresis......Page 72
2.1.3 Calibration......Page 73
2.1.4 Transfer Function......Page 74
2.2 Types of Signals......Page 75
2.2.1 Signal Properties......Page 77
2.2.3 Representing Signals as Impulses......Page 78
2.2.4 Random Signals......Page 80
2.3 Transforming a Signal......Page 90
2.3.1 Analog-to-digital Converter......Page 91
2.3.2 Digital-to-analog Converters......Page 96
2.3.3 ADC and DAC Errors......Page 97
2.3.4 Modulation......Page 98
2.4 Data Analysis......Page 103
2.4.1 Uncertainty Analysis and Propagation of Error......Page 105
2.4.2 Regression Analysis......Page 106
2.4.3 Least Square Method......Page 107
2.4.4 Fourier Analysis......Page 108
Bibliography......Page 112
3 Noise and Filtering in Spacecraft Sensors......Page 114
3.1.1 Thermal Noise......Page 115
3.1.3 Parameter Noise......Page 117
3.1.5 Shot Noise......Page 118
3.1.6 Excess Noise or 1/f Noise......Page 119
3.2.1 Clutter Noise......Page 120
3.2.2 Jamming......Page 121
3.2.4 Electromagnetic Field Coupling......Page 122
3.3 Signal-to-Noise Ratio......Page 123
3.4 Filter Types......Page 124
3.4.1 Low-pass Filter......Page 128
3.4.2 High-pass Filter......Page 131
3.4.3 Band-pass Filter......Page 133
3.5 Digital Filtering......Page 134
3.5.1 Window Design......Page 138
3.5.3 IIR Filter Design......Page 141
3.6 Microwave Filters......Page 142
3.7 Optical Filters......Page 145
3.8 Digital Image Filtering......Page 147
3.9.1 State-space Representation......Page 148
3.9.2 Discrete Kalman Filter......Page 149
Bibliography......Page 152
4.1.1 The Electromagnetic Spectrum......Page 154
4.1.2 Maxwell’s Equations......Page 156
4.1.3 Wave Equation......Page 160
4.1.4 Solution to Maxwell’s Equations......Page 164
4.1.5 Phase and Group Velocity......Page 165
4.1.6 Polarization......Page 166
4.1.7 Radiance......Page 167
4.1.8 Irradiance......Page 169
4.1.9 Interference......Page 170
4.1.10 Diffraction......Page 172
4.1.11 Black body Radiation......Page 174
4.2 Interaction with Matter......Page 177
4.2.1 Atmospheric Absorption......Page 178
4.2.2 Reflectance......Page 179
4.2.3 Scattering......Page 180
4.3.1 Refraction/Reflection......Page 182
4.3.2 Concave Mirror......Page 186
4.3.3 Lenses......Page 187
4.3.4 Lens Combinations......Page 189
4.3.5 Aberrations......Page 191
4.3.6 Optical Resolution......Page 192
4.4 Scanning Mechanisms......Page 194
4.4.1 Linear Array: Pushbroom......Page 195
4.4.2 Whiskbroom......Page 196
4.4.3 Scanner Parameters......Page 197
4.5.1 Semiconductors......Page 198
4.5.2 Photoelectric Effect......Page 200
4.5.3 Performance Criteria for Detectors......Page 201
4.5.4 Detector Readout......Page 202
4.5.6 HgCdTe Photodiode......Page 203
4.5.7 Thermal Control......Page 204
4.6 Landsat 7: ETM+......Page 206
4.7 ASTER......Page 209
4.7.1 ASTER: TIR......Page 210
4.7.2 ASTER: SWIR......Page 212
4.7.3 ASTER: VNIR......Page 213
4.8.1 GOES-I Imager......Page 214
4.9 DSP and SBIRS......Page 216
Bibliography......Page 222
5.1 Antenna......Page 224
5.1.1 Vector Potential......Page 225
5.1.2 Infinitesimal Antenna......Page 227
5.1.3 Antenna Radiation Pattern......Page 231
5.1.4 Directivity and Gain......Page 233
5.1.5 Antenna Polarization......Page 236
5.1.6 Waveguides......Page 237
5.1.7 Antenna Types......Page 243
5.2 Phased arrays......Page 249
5.2.2 Linear Antenna Array......Page 250
5.2.3 Two-dimensional Antenna Array......Page 254
5.2.4 Beam Steering......Page 255
5.3 Radiometers......Page 257
5.3.1 Power-temperature Correspondence for Antennas......Page 258
5.3.2 Remote Temperature Measurement using Radiometry......Page 259
5.3.3 Dicke Radiometer......Page 262
5.3.4 Radiometric Sensitivity......Page 264
5.4 Aqua: AMSR-E......Page 266
5.5 SeaSat: SMMR......Page 268
5.6 Envisat: MWR......Page 270
Bibliography......Page 272
6.1 Radar Introduction......Page 274
6.1.1 Overview......Page 275
6.1.2 Frequency Bands......Page 276
6.1.3 Radar Equation......Page 277
6.1.4 The Radar Range Equation......Page 279
6.1.6 False Alarm......Page 283
6.1.7 Doppler Radars and the Doppler Effect......Page 285
6.1.8 Resolution......Page 292
6.1.9 RF Power Amplifiers......Page 295
6.2 Radar Imaging......Page 297
6.3 Altimetry......Page 299
6.4 Envisat: RA-2......Page 302
6.5 Synthetic Aperture Radar......Page 304
6.6 Envisat: ASAR......Page 306
6.7 Interferometric SAR......Page 309
6.8 Ground Penetrating Radar (GPR)......Page 311
6.8.1 MARSIS......Page 313
Bibliography......Page 314
7.1 GPS Overview......Page 316
7.2 Concept......Page 318
7.3.1 Structure......Page 320
7.3.2 GPS Data......Page 322
7.4 GPS Receiver......Page 323
7.5.1 Code Phase Technique......Page 324
7.5.3 GPS Error Sources......Page 327
7.5.4 GPS Clock......Page 328
7.6 GPS Coverage......Page 330
7.7 GPS for Atmospheric Measurements......Page 331
7.8 Docking/Rendezvous......Page 333
7.9 Attitude Determination......Page 335
7.10 AMSAT-OSCAR 40 (AO-40)......Page 336
Bibliography......Page 337
Index......Page 338