CN114690169A - 一种利用主动电子束探测空间目标的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及航天领域和深空探测领域，特别涉及一种利用主动电子束探测空间目标的装置及方法；包括：全向电子发射器、全向电子接收器和成像模块和逻辑控制模块；其中，所述全向电子发射器发射不同能量的所述主动电子束至被测目标所在空间；所述全向电子接收器识别和接收返回的所述主动电子束；所述成像模块，采集所述主动电子束的返回位置信息，并保存成返回位置图像；所述逻辑控制模块，同步采集发射的所述主动电子束的能量信息、发射的主动电子束的发射方向信息和所述返回位置图像，并进行数据处理，以获得被测目标的截面形状和位置。

Description

一种利用主动电子束探测空间目标的装置及方法
技术领域
本发明涉及航天领域和深空探测领域，特别涉及一种利用主动电子束探测空间目标的装置及方法。
背景技术
空间目标探测是指利用多种探测方式或手段获取空间目标的运动、位置、和形状等属性参数，并对空间目标进行探测、跟踪和识别。从而实现了解、掌握和预判空间出现的各种机动事件和目标航天器状态变化。这里所指空间目标既包括在轨正常运行的航天器，也包括各种空间碎片，如失效卫星、入轨的助推火箭、遗弃的卫星整流罩或其他物体，还包括进入地球轨道空间的彗星和小行星等。
近年来，空间目标探测已成为空间技术发展的一个重要领域。世界各国发射进入空间的航天器越来越多，各种空间碎片也随之越来越多，空间发生危险碰撞的概率在日益增大。这些都对空间目标探测技术发展提出了新的更高要求。
传统空间目标探测技术，例如地基雷达探测和天基雷达探测随着探测距离增加，其功耗、体积成倍增大，因此由于体积、功耗的限制，探测距离有限，无法对更远距离的深空目标进行探测。地基光学探测和天基光学探测易受到光学自然条件的约束，当存在遮挡、无光照或逆光等条件时，则无法对探测目标进行探测。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有探测装置探测距离有限、无法覆盖深空领域和无法全天候对探测目标进行探测的缺点，从而提出一种利用主动电子束探测空间目标的装置及方法。所述利用主动电子束探测空间目标的装置，包括：全向电子发射器、全向电子接收器和成像模块和逻辑控制模块；其中，
所述全向电子发射器，基于所述逻辑控制模块发送的驱动信号，用于全向发射不同能量的所述主动电子束至被测目标所在空间，以探测所述被测目标；当电磁场强度一定时，电子束能量越大，电子束运动轨迹的距离越大，即探测范围越大。当电子能量一定时，电磁场强度越小，探测范围越大。在探测被测目标时，设定空间内的电磁场强度不变，不同能量的电子束运动轨迹的距离不同；并且两束电子束的能量间隔越小，两束电子束的运动轨迹距离就越近，对目标的探测分辨率就越高；不同能量的主动电子束在空间电磁场的作用下，形成半径不同的运动轨迹，并最终汇集到一处；当在电子束的运行轨迹上，存在被测目标时，该电子会被被测目标遮挡，不能继续运动，并且不能被所述全向电子接收器接收；所述全向电子接收器，基于所述逻辑控制模块发送的驱动信号，用于识别和接收从所述被测目标所在空间返回的所述主动电子束；空间中有其他电子干扰，所述全向电子接收器可以识别电子束是否为全向电子发射器发射的主动电子束，以排除其他电子的干扰。
所述成像模块，用于采集所述全向电子接收器接收的所述主动电子束的返回位置信息；将所述主动电子束的返回位置信息保存成返回位置图像；
所述逻辑控制模块，用于同步采集发射的所述主动电子束的能量信息、发射的主动电子束的发射方向信息和所述返回位置图像，并进行数据处理，以获得被测目标的截面形状和位置。由于全向发射的一部分电子束被所述被测目标遮挡，不能继续运动，所以，不能被所述全向电子接收器接收，这导致了所述全向电子接收器接收的主动电子束返回信息与所述全向电子发射器发射的主动电子束的发射信息不同。本发明利用两者之间的不同，通过所述成像模块和所述逻辑控制模块，可以获得被测目标的截面形状和位置。
作为上述装置的一种改进，所述全向电子发射器包括：全向偏转栅极1、电子枪2、结构壳体3和逻辑控制器4；
结构壳体3的顶部设有开口，电子枪2设置在结构壳体3内，且电子枪2的电子束发射开口5位于结构壳体3的中心轴线上，结构壳体3顶部设置的开口和电子枪2的电子束发射开口5在同一个方向上，且二者在同一水平面重叠；全向偏转栅极1设置在电子枪2的电子束发射开口5之上；
全向偏转栅极1和逻辑控制器4电性连接或远程通信连接；
所述逻辑控制器4，用于将产生不同的36路高压电源加载到全向偏转栅极1，形成360度全向的偏转电场，使电子枪2发射的电子束按照预定的方向偏转；其中，所述逻辑控制器包括第一高压模块和逻辑控制模块；
所述第一高压模块，用于产生36路高压电源加载到36支偏转栅极12上，形成360度全向的偏转电场，每一个偏转栅极12分对应一路高压电源；
所述逻辑控制模块，用于控制第一高压模块产生的高压电源，从而调整36路高压电源的幅值，在每个偏转栅极上记载不同的高压电源，控制电子枪2发射的电子束在偏转电场的作用下，按照预定方向偏转。
作为上述装置的一种改进，所述全向偏转栅极1包括：圆环11和36支偏转栅极12；
所述结构壳体3的顶部的圆周壁上沿轴向开设36个呈圆周分布的第一圆孔，且所述圆环11上沿轴向开设36个呈圆周分布的第二圆孔；
将每支偏转栅极12的一端穿过对应的第一圆孔，插入并固定在对应的第二圆孔内；每支偏转栅极12的另一端沿径向向外延伸；
36支偏转栅极12彼此绝缘且相互组合在一起形成伞状花序状结构。
作为上述装置的一种改进，所述36支偏转栅极所形成的空间内，划分为I、II、III和IV象限，每个象限内设有9支偏转栅极；
随着I象限内的与X轴平行的偏转栅极加载高压电源的幅值的增加，电子枪2发射的电子束将由中心轴线作为Z轴方向，向I象限的方向逐渐偏转，从沿Z轴方向为0°，向X轴线水平方向0°,形成90°的方向偏转；随着I象限内其余的8支偏转栅极逐一加载不同幅值的高压电源，电子束将在I象限内逐个角度逆时针方向偏转，从沿X轴线方向0°，向沿Y轴线方向0°,形成90°偏转，从而在I象限内形成90°×90°的四分之一球体的发射范围；
随着II象限内的与Y轴平行的偏转栅极加载高压电源的幅值的增加，电子枪2发射的电子束将由中心轴线作为Z轴方向，向II象限的方向逐渐偏转，从沿Z轴方向为0°，向Y轴线水平方向0°,形成90°的方向偏转；随着II象限内其余的8支偏转栅极逐一加载不同幅值的高压电源，电子束将在II象限内逐个角度逆时针方向偏转，从沿Y轴线水平方向0°，向沿X轴线方向-180°,形成90°偏转，从而在II象限内形成90°×90°的四分之一球体的发射范围；
随着III象限内的与X轴平行的偏转栅极加载高压电源的幅值的增加，电子枪2发射的电子束将由中心轴线作为Z轴方向，向III象限的方向逐渐偏转，从沿Z轴方向为0°，向X轴线水平方向-180°,形成90°的偏转；随着III象限内其余的8支偏转栅极逐一加载不同幅值的高压电源，电子束将在III象限内逐个角度逆时针方向偏转，从沿X轴线水平方向-180°，向沿Y轴线方向-180°,形成90°偏转，从而在III象限内形成90°×90°的四分之一球体的发射范围；
随着IV象限内的与Y轴平行的偏转栅极加载高压电源的幅值的增加，电子枪2发射的电子束将由中心轴线作为Z轴方向，向IV象限的方向逐渐偏转，从沿Z轴方向为0°，向Y轴线水平方向-180°,形成90°的偏转；随着IV象限内其余的8支偏转栅极逐一加载不同幅值的高压电源，电子束将在IV象限内逐个角度逆时针方向偏转，从沿Y轴线水平方向-180°，向沿X轴线方向0°,形成90°偏转，从而在IV象限内形成90°×90°的四分之一球体的发射范围；
I、II、III和IV象限共形成360°×180°的半球体的发射范围。
作为上述装置的一种改进，所述全向电子接收器，包括：结构壳体、栅网和微通道板、可调高压电极、逻辑控制模块和第二高压模块；其中，
所述结构壳体为一端设有开口且内部中空的圆柱体；
所述若干栅网顺次排列且中心位置重叠的设置在所述结构壳体的开口处；
所述可调高压电极和微通道板顺次设置在所述若干栅网下方且位于所述结构壳体内部；
所述逻辑控制模块与所述第二高压模块连接，用于控制所述第二高压模块产生不同幅值的高压，并加载到所述可调高压电极，使其产生正高压；
所述主动电子束在所述正高压的引力作用下，进行沿轴向方向的加速，从而改变主动电子束的运动轨迹，使主动电子束均到达微通道板，以实现接收全向主动电子束。
作为上述装置的一种改进，全向电子接收器包括：至少三层栅网，且相邻的所述栅网相互绝缘。
作为上述装置的一种改进，所述栅网的网格精度为0.1mm×0.1mm，每层所述栅网的每条网格线均为良导体。
作为上述装置的一种改进，所述逻辑控制模块控制所述第二高压模块产生的高压幅值与所述主动电子束的能量值正相关。
作为上述装置的一种改进，所述成像模块包括：设置在所述结构壳体内部，且顺次排列在所述微通道板下方的荧光屏和光学成像组件；所述主动电子束经微通道板进行倍增放大后，通过所述荧光屏转换成光信号；所述光学成像组件，利用所述光信号获得主动电子束的二维返回位置图像；
所述成像模块还包括：栅网信号测量模块；其中，所述栅网信号测量模块分别与所述若干栅网连接，用于检测主动电子束穿过各层栅网时对应的网格位置，从而获取所述主动电子束的入射方向；所述成像模块结合所述主动电子束的二维成像和所述主动电子束的入射方向，获得所述主动电子束的三维返回位置图像。
作为上述装置的一种改进，所述栅网信号测量模块，通过检测所述主动电子束穿过栅网时，分别在各层栅网的网格线上产生的脉冲信号，确定主动电子束穿过各层栅网时对应的网格位置，以获得所述主动电子束的返回位置信息。
作为上述装置的一种改进，所述装置通过供电模块供电，所述供电模块用于将航天器平台输入的一次电源转换为二次电源，并为所述利用主动电子束探测空间目标的装置提供电能。
作为上述装置的一种改进，其特征在于，所述全向电子发射器和所述全向电子接收器安装在同一航天器平台上或分别安装在主航天器平台和伴飞航天器平台上；所述全向电子发射器和所述全向电子接收器的安装位置可根据空间电磁场环境进行调节。当二者分别安装在两个航天器平台上时，通过主航天器和伴飞航天器之间距离的改变，可进行全向电子发射器和全向电子接收器之间距离的调整。当二者按照再同一航天器平台上时，可以通过二维移动平台，调节所述全向电子发射器和所述全向电子接收器的安装位置，从而实现全向电子发射器和全向电子接收器之间的安装布局距离和空间连线的方向均可实时调整。
作为上述装置的一种改进，所述航天器平台包括：中高轨道航天器平台和未来星际空间航天器平台。
为实现本发明的再一目的，本发明提供一种利用主动电子束探测空间目标的方法，基于上述利用主动电子束探测空间目标的装置实现，包括：
步骤1)通过所述供电模块将航天器平台输入的一次电源转换为二次电源，用于为所述利用主动电子束探测空间目标的装置提供电能；
步骤2)通过所述逻辑控制模块控制所述第一高压模块和所述第二高压模块产生高压；其中，所述第一高压模块产生的高压加载到所述全向电子发射器；所述第二高压模块产生得高压加载到所述全向电子接收器；
步骤3)通过所述逻辑控制模块调节所述全向电子发射器发射的主动电子束的发射方向和发射的所述主动电子束的能量，使所述主动电子束全向发射并具有不同的能量；
步骤4)通过所述全向电子发射器全向发射不同能量的所述主动电子束至被测目标所在空间，以探测所述被测目标；
步骤5)通过所述全向电子接收器识别和接收从所述被测目标所在空间返回的主动电子束；
步骤6)通过所述成像模块采集所述全向电子接收器接收的所述主动电子束的返回位置信息；并将所述主动电子束的返回位置信息保存成返回位置图像；
步骤7)通过所述逻辑控制模块同步采集所述全向电子发射器发射的主动电子束的能量信息、发射的主动电子束的发射方向信息和所述返回位置图像，并对所述全向电子发射器发射的主动电子束的发射信息和所述返回位置图像进行数据处理分析，以获得被测目标的截面形状和位置。
作为上述方法的一种改进，所述主动电子束的返回位置在所述返回位置图像的对应位置显示有返回电子；所述返回位置图像的剩余位置显示空白，即表示被测目标的形状。
本发明提供的利用主动电子束探测空间目标的装置及方法的优点包括：
1、本发明的主动电子发射器能够实现360度全向发射，可适用于不同能量的电子发射，即当电子枪2发射的电子束能量幅度改变时，该装置由逻辑控制模块控制第一高压模块，改变每支偏转栅极上加载相应的高压，形成相应的偏转电场，从而使得电子束实现360°×180°的全向发射，即电子束能量高，加载幅值高的高压，形成强的偏转电场；电子束能量低，形成弱的偏转电场。
2、本发明提供的全向电子束接收装置，通过可调高压电极产生的正高压，吸引电子束进行沿轴向方向的加速，使其均到达微通道板，不需要进行旋转，不需要增大开口尺寸，就能够实现接收和成像不同方向、不同能量的入射电子束，并且整体体积小，操作简单；本发明提供的成像模块还通过栅网信号测量模块获得电子束的入射角度，并结合电子束的二维成像获得其三维成像，成像效果更佳。
3、本发明提供的利用主动电子束探测空间目标的装置利用电子束在空间中进行探测；装置所需功率更小，并且装置体积更小。
4、电子束不受光线条件约束，所以本发明提供的利用主动电子束探测空间目标的装置可以实现全天时全天候的对被测目标进行探测。
5、本发明具有灵活的安装布局，即全向电子发射器和全向电子接收器之间的安装布局距离和空间连线的方向均可实时调整，还可以分别安装在两个航天器平台上，具有更大的探测角度。
6、本发明具有全天时、全天候、对非合作目标接近或伴飞情况下的都可探测优点。
附图说明
图1为发明提供的一种利用主动电子束探测空间目标的方法的原理框图；
图2为本发明提供的一种利用主动电子束探测空间目标的方法的流程图；
图3为本发明提供的一种利用主动电子束探测空间目标的装置的安装布局示意图；
图4为本发明提供的一种利用主动电子束探测空间目标的装置的数据处理流程图；
图5为本发明的提供的全向主动电子束成像模块与全向电子发射器的工作示意图；
图6为本发明提供的全向主动电子束成像模块与全向电子发射器的结构示意图；
图7为本发明提供的栅网示意图；
图8为本发明提供的全向电子发射器未连接逻辑控制器的结构示意图；
图9为本发明提供的全向电子发射器的侧视图；
图10为本发明提供的全向电子发射器的全向偏转栅极的结构示意图；
图11为本发明提供的全向电子发射器的全向偏转栅极分成I、II、III和IV象限的结构示意图；
图12为本发明提供的全向电子发射器连接逻辑控制器的结构示意图。
附图标识
1、全向偏转栅极 2、电子枪 3、结构壳体
4、逻辑控制器 5、电子束发射开口 11、圆环
12、36支偏转栅极
具体实施方式
如图1所示，本技术是利用主动电子束进行空间目标探测的技术，通过全向电子发射器主动发射全向电子束；电子束在空间中运动后返回全向电子接收器，并被全向电子接收器接收；然后，利用接收到的返回电子束位置信息与发射电子束信号进行比较，获取发射电子在回旋路径上的被遮挡信息。被遮挡信息经过处理后，获得探测目标的截面形状和位置的技术。全向电子发射器和全向电子接收器之间的安装布局距离，可根据不同的空间电磁场环境进行设置。
如图2所示，本发明提供的利用主动电子束探测空间目标的装置，包括：全向电子发射器、全向电子接收器和成像模块和逻辑控制模块；其中，
所述全向电子发射器，基于所述逻辑控制模块发送的驱动信号，用于全向发射不同能量的所述主动电子束至被测目标所在空间，以探测所述被测目标；
所述全向电子接收器，基于所述逻辑控制模块发送的驱动信号，用于识别和接收从所述被测目标所在空间返回的所述主动电子束；
所述成像模块，用于采集所述全向电子接收器接收的所述主动电子束的返回位置信息；将所述主动电子束的返回位置信息保存成返回位置图像；
所述逻辑控制模块，用于同步采集发射的所述主动电子束的能量信息、发射的主动电子束的发射方向信息和所述返回位置图像，并进行数据处理，以获得被测目标的截面形状和位置。
所述装置通过供电模块供电，所述供电模块用于将航天器平台输入的一次电源转换为二次电源，并为所述利用主动电子束探测空间目标的装置提供电能。
所述全向电子发射器和所述全向电子接收器安装在同一航天器平台上或分别安装在主航天器平台和伴飞航天器平台上；所述全向电子发射器和所述全向电子接收器的安装位置可根据空间电磁场环境进行调节。
所述航天器平台包括：中高轨道航天器平台和未来星际空间航天器平台。
数据处理是本技术的关键环节，数据处理需要结合理论公式以及发射电子束和接收电子束的相互关联信息，从而获得探测目标的截面形状和距离信息等。图4是数据处理流程，原始数据是指逻辑控制模块采集的发射电子束数据和接收电子束数据。其中发射电子束和接收电子束数据的时间同步信息尤为关键。该时间同步性的获得，可由同一个逻辑控制模块同时控制全向电子发射器和全向电子接收器实现。
如图8、9和12所示，全向电子发射器，包括：全向偏转栅极1、电子枪2、结构壳体3和逻辑控制器4；
电子枪2设置在结构壳体3内，且电子枪2的电子束发射开口5位于结构壳体3的中心轴线上，结构壳体3顶部设置的开口和电子枪2的电子束发射开口5在同一个方向上，且二者在同一水平面重叠；全向偏转栅极1设置在电子枪2的电子束发射开口5之上；
全向偏转栅极1和逻辑控制器4电性连接或远程通信连接；
所述逻辑控制器4，用于将产生不同的36路高压电源加载到全向偏转栅极1，形成360度全向的偏转电场，使电子枪2发射的电子束按照预定的方向偏转。
如图8和10所示，所述全向偏转栅极1包括：圆环11和36支偏转栅极12；
所述结构壳体3的顶部的圆周壁上沿轴向开设36个呈圆周分布的第一圆孔，且所述圆环11上沿轴向开设36个呈圆周分布的第二圆孔；
将每支偏转栅极12的一端穿过对应的第一圆孔，插入并固定在对应的第二圆孔内；每支偏转栅极12的另一端沿径向向外延伸；
36支偏转栅极12彼此绝缘且相互组合在一起形成伞状花序状结构。
如图11所示，所述36支偏转栅极所形成的空间内，划分为I、II、III和IV象限，每个象限内设有9支偏转栅极；
随着I象限内的与X轴平行的偏转栅极加载高压电源的幅值的增加，电子枪2发射的电子束将由中心轴线作为Z轴方向，向I象限的方向逐渐偏转，从沿Z轴方向为0°，向X轴线水平方向0°,形成90°的方向偏转；随着I象限内其余的8支偏转栅极逐一加载不同幅值的高压电源，电子束将在I象限内逐个角度逆时针方向偏转，即从沿X轴线方向0°，向沿Y轴线方向0°,形成90°偏转，从而在I象限内形成90°×90°的四分之一球体的发射范围；
随着II象限内的与Y轴平行的偏转栅极加载高压电源的幅值的增加，电子枪2发射的电子束将由中心轴线作为Z轴方向，向II象限的方向逐渐偏转，从沿Z轴方向为0°，向Y轴线水平方向0°,形成90°的方向偏转；随着II象限内其余的8支偏转栅极逐一加载不同幅值的高压电源，电子束将在II象限内逐个角度逆时针方向偏转，即从沿Y轴线水平方向0°，向沿X轴线方向-1800°,形成90°偏转，从而在II象限内形成90°×90°的四分之一球体的发射范围；
随着III象限内的与X轴平行的偏转栅极加载高压电源的幅值的增加，电子枪2发射的电子束将由中心轴线作为Z轴方向，向III象限的方向逐渐偏转，从沿Z轴方向为0°，向X轴线水平方向-180°,形成90°的偏转；随着III象限内其余的8支偏转栅极逐一加载不同幅值的高压电源，电子束将在III象限内逐个角度逆时针方向偏转，即从沿X轴线水平方向-180°，向沿Y轴线方向-180°,形成90°偏转，从而在III象限内形成90°×90°的四分之一球体的发射范围；
随着IV象限内的与Y轴平行的偏转栅极加载高压电源的幅值的增加，电子枪2发射的电子束将由中心轴线作为Z轴方向，向IV象限的方向逐渐偏转，从沿Z轴方向为0°，向Y轴线水平方向-180°,形成90°的偏转；随着IV象限内其余的8支偏转栅极逐一加载不同幅值的高压电源，电子束将在IV象限内逐个角度逆时针方向偏转，即从沿Y轴线水平方向-180°，向沿X轴线方向0°,形成90°偏转，从而在IV象限内形成90°×90°的四分之一球体的发射范围；
I、II、III和IV象限共形成360°×180°的半球体的发射范围。
如图12所示，所述逻辑控制器包括第一高压模块和逻辑控制模块；
所述第一高压模块，用于产生36路高压电源加载到36支偏转栅极12上，形成360度全向的偏转电场，每一个偏转栅极12分对应一路高压电源；
所述逻辑控制模块，用于控制第一高压模块产生的高压电源，从而调整36路高压电源的幅值，在每个偏转栅极上记载不同的高压电源，控制电子枪2发射的电子束在偏转电场的作用下，按照预定方向偏转；随着加载偏转栅极的高压电源的幅值不同，所形成的偏转电场的强度和方向，可以进行相应调整，电子枪发射的电子束在该可变偏转电场的作用下，实现360°×180°的全向发射。
其中，36支偏转栅极所加载的高压电源的初始状态均为0V时，即在真空无电磁场的理想条件下，电子束不偏转，电子束将沿直线方向运动。
如图5-7所示，所述全向电子接收器，包括：结构壳体、栅网和微通道板、可调高压电极、逻辑控制模块和第二高压模块；其中，
所述结构壳体为一端设有开口且内部中空的圆柱体；
所述若干栅网顺次排列且中心位置重叠的设置在所述结构壳体的开口处；
所述可调高压电极和微通道板顺次设置在所述若干栅网下方且位于所述结构壳体内部；
所述逻辑控制模块与所述第二高压模块连接，用于控制所述第二高压模块产生不同幅值的高压，并加载到所述可调高压电极，使其产生正高压；
所述主动电子束在所述正高压的引力作用下，进行沿轴向方向的加速，从而改变主动电子束的运动轨迹，使主动电子束均到达微通道板，以实现接收全向主动电子束。
全向电子接收器包括：至少三层栅网，且相邻的所述栅网相互绝缘。
所述栅网的网格精度为0.1mm×0.1mm，每层所述栅网的每条网格线均为良导体。
所述逻辑控制模块控制所述第二高压模块产生的高压幅值与所述主动电子束的能量值正相关。
所述成像模块包括：设置在所述结构壳体内部，且顺次排列在所述微通道板下方的荧光屏和光学成像组件；所述主动电子束经微通道板进行倍增放大后，通过所述荧光屏转换成光信号；所述光学成像组件，利用所述光信号获得主动电子束的二维返回位置图像；
所述成像模块还包括：栅网信号测量模块；其中，所述栅网信号测量模块分别与所述若干栅网连接，用于检测主动电子束穿过各层栅网时对应的网格位置，从而获取所述主动电子束的入射方向；所述成像模块结合所述主动电子束的二维成像和所述主动电子束的入射方向，获得所述主动电子束的三维返回位置图像。
全向电子发射器安装在主航天器平台上，全向电子接收器安装在伴飞航天器平台上。通过伴飞距离的改变，实现全向电子发射器和全向电子接收器之间距离的调整。
图3展示了全向电子发射器和全向电子接收器的安装在同一航天器平台上的布局示意图。如图3所示，S点位置放置全向电子发射器，D点放置全向电子接收器；其中，可将S点位置固定，D点位置可移动，从而实现全向电子发射器和全向电子接收器之间的安装布局距离和空间连线的方向均可实时调整。
从上述对本发明的具体描述可以看出：
1、本发明具有灵活的安装布局，即全向电子发射器和全向电子接收器之间的安装布局距离和空间连线的方向均可实时调整，还可以分别安装在两个航天器平台上，具有更大的探测角度。
2、本发明的主动电子发射器能够实现360度全向发射，可适用于不同能量的电子发射，即当电子枪2发射的电子束能量幅度改变时，该装置由逻辑控制模块控制第一高压模块，改变每支偏转栅极上加载相应的高压，形成相应的偏转电场，从而使得电子束实现360°×180°的全向发射，即电子束能量高，加载幅值高的高压，形成强的偏转电场；电子束能量低，形成弱的偏转电场。
3、本发明提供的全向电子束接收装置，通过可调高压电极产生的正高压，吸引电子束进行沿轴向方向的加速，使其均到达微通道板，不需要进行旋转，不需要增大开口尺寸，就能够实现接收和成像不同方向、不同能量的入射电子束，并且整体体积小，操作简单；本发明提供的成像模块还通过栅网信号测量模块获得电子束的入射角度，并结合电子束的二维成像获得其三维成像，成像效果更佳。
4、本发明利用电子束在空间中进行探测；装置所需功率更小，并且装置体积更小。电子束不受光线条件约束，所以本发明提供的利用主动电子束探测空间目标的装置可以实现全天时全天候的对被测目标进行探测。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (15)

1.一种利用主动电子束探测空间目标的装置，其特征在于，包括：全向电子发射器、全向电子接收器和成像模块和逻辑控制模块；其中，
所述全向电子发射器，基于所述逻辑控制模块发送的驱动信号，用于全向发射不同能量的所述主动电子束至被测目标所在空间，以探测所述被测目标；
所述全向电子接收器，基于所述逻辑控制模块发送的驱动信号，用于识别和接收从所述被测目标所在空间返回的所述主动电子束；
所述成像模块，用于采集所述全向电子接收器接收的所述主动电子束的返回位置信息；将所述主动电子束的返回位置信息保存成返回位置图像；
所述逻辑控制模块，用于同步采集发射的所述主动电子束的能量信息、发射的主动电子束的发射方向信息和所述返回位置图像，并进行数据处理，以获得被测目标的截面形状和位置。
2.根据权利要求1所述的一种利用主动电子束探测空间目标的装置，其特征在于，所述全向电子发射器包括：全向偏转栅极(1)、电子枪(2)、结构壳体(3)和逻辑控制器(4)；
结构壳体(3)的顶部设有开口，电子枪(2)设置在结构壳体(3)内，且电子枪(2)的电子束发射开口(5)位于结构壳体(3)的中心轴线上，结构壳体(3)顶部设置的开口和电子枪(2)的电子束发射开口(5)在同一个方向上，且二者在同一水平面重叠；全向偏转栅极(1)设置在电子枪(2)的电子束发射开口(5)之上；
全向偏转栅极(1)和逻辑控制器(4)电性连接或远程通信连接；
所述逻辑控制器(4)，用于将产生不同的36路高压电源加载到全向偏转栅极(1)，形成360度全向的偏转电场，使电子枪(2)发射的电子束按照预定的方向偏转；其中，所述逻辑控制器包括第一高压模块和逻辑控制模块；
所述第一高压模块，用于产生36路高压电源加载到36支偏转栅极(12)上，形成360度全向的偏转电场，每一个偏转栅极(12)分对应一路高压电源；
所述逻辑控制模块，用于控制第一高压模块产生的高压电源，从而调整36路高压电源的幅值，在每个偏转栅极上记载不同的高压电源，控制电子枪(2)发射的电子束在偏转电场的作用下，按照预定方向偏转。
3.根据权利要求2所述的一种利用主动电子束探测空间目标的装置，其特征在于，所述全向偏转栅极(1)包括：圆环(11)和36支偏转栅极(12)；
所述结构壳体(3)的顶部的圆周壁上沿轴向开设36个呈圆周分布的第一圆孔，且所述圆环(11)上沿轴向开设36个呈圆周分布的第二圆孔；
将每支偏转栅极(12)的一端穿过对应的第一圆孔，插入并固定在对应的第二圆孔内；每支偏转栅极(12)的另一端沿径向向外延伸；
36支偏转栅极(12)彼此绝缘且相互组合在一起形成伞状花序状结构。
4.根据权利要求2所述的利用主动电子束探测空间目标的装置，其特征在于，所述36支偏转栅极所形成的空间内，划分为I、II、III和IV象限，每个象限内设有9支偏转栅极；
随着I象限内的与X轴平行的偏转栅极加载高压电源的幅值的增加，电子枪(2)发射的电子束将由中心轴线作为Z轴方向，向I象限的方向逐渐偏转，从沿Z轴方向为0°，向X轴线水平方向0°,形成90°的方向偏转；随着I象限内其余的8支偏转栅极逐一加载不同幅值的高压电源，电子束将在I象限内逐个角度逆时针方向偏转，从沿X轴线方向0°，向沿Y轴线方向0°,形成90°偏转，从而在I象限内形成90°×90°的四分之一球体的发射范围；
随着II象限内的与Y轴平行的偏转栅极加载高压电源的幅值的增加，电子枪(2)发射的电子束将由中心轴线作为Z轴方向，向II象限的方向逐渐偏转，从沿Z轴方向为0°，向Y轴线水平方向0°,形成90°的方向偏转；随着II象限内其余的8支偏转栅极逐一加载不同幅值的高压电源，电子束将在II象限内逐个角度逆时针方向偏转，从沿Y轴线水平方向0°，向沿X轴线方向-180°,形成90°偏转，从而在II象限内形成90°×90°的四分之一球体的发射范围；
随着III象限内的与X轴平行的偏转栅极加载高压电源的幅值的增加，电子枪(2)发射的电子束将由中心轴线作为Z轴方向，向III象限的方向逐渐偏转，从沿Z轴方向为0°，向X轴线水平方向-180°,形成90°的偏转；随着III象限内其余的8支偏转栅极逐一加载不同幅值的高压电源，电子束将在III象限内逐个角度逆时针方向偏转，从沿X轴线水平方向-180°，向沿Y轴线方向-180°,形成90°偏转，从而在III象限内形成90°×90°的四分之一球体的发射范围；
随着IV象限内的与Y轴平行的偏转栅极加载高压电源的幅值的增加，电子枪(2)发射的电子束将由中心轴线作为Z轴方向，向IV象限的方向逐渐偏转，从沿Z轴方向为0°，向Y轴线水平方向-180°,形成90°的偏转；随着IV象限内其余的8支偏转栅极逐一加载不同幅值的高压电源，电子束将在IV象限内逐个角度逆时针方向偏转，从沿Y轴线水平方向-180°，向沿X轴线方向0°,形成90°偏转，从而在IV象限内形成90°×90°的四分之一球体的发射范围；
I、II、III和IV象限共形成360°×180°的半球体的发射范围。
5.根据权利要求1所述的利用主动电子束探测空间目标的装置，其特征在于，所述全向电子接收器，包括：结构壳体、栅网和微通道板、可调高压电极、逻辑控制模块和第二高压模块；其中，
所述结构壳体为一端设有开口且内部中空的圆柱体；
所述若干栅网顺次排列且中心位置重叠的设置在所述结构壳体的开口处；
所述可调高压电极和微通道板顺次设置在所述若干栅网下方且位于所述结构壳体内部；
所述逻辑控制模块与所述第二高压模块连接，用于控制所述第二高压模块产生不同幅值的高压，并加载到所述可调高压电极，使其产生正高压；
所述主动电子束在所述正高压的引力作用下，进行沿轴向方向的加速，从而改变主动电子束的运动轨迹，使主动电子束均到达微通道板，以实现接收全向主动电子束。
6.根据权利要求5所述的利用主动电子束探测空间目标的装置，其特征在于，所述全向电子接收器包括：至少三层栅网，且相邻的所述栅网相互绝缘。
7.根据权利要求5所述的利用主动电子束探测空间目标的装置，其特征在于，所述栅网的网格精度为0.1mm×0.1mm，每层所述栅网的每条网格线均为良导体。
8.根据权利要求5所述的利用主动电子束探测空间目标的装置，其特征在于，所述逻辑控制模块控制所述第二高压模块产生的高压幅值与所述主动电子束的能量值正相关。
9.根据权利要求5所述的利用主动电子束探测空间目标的装置，其特征在于，所述成像模块包括：设置在所述结构壳体内部，且顺次排列在所述微通道板下方的荧光屏和光学成像组件；所述主动电子束经微通道板进行倍增放大后，通过所述荧光屏转换成光信号；所述光学成像组件，利用所述光信号获得主动电子束的二维返回位置图像；
所述成像模块还包括：栅网信号测量模块；其中，所述栅网信号测量模块分别与所述若干栅网连接，用于检测主动电子束穿过各层栅网时对应的网格位置，从而获取所述主动电子束的入射方向；所述成像模块结合所述主动电子束的二维成像和所述主动电子束的入射方向，获得所述主动电子束的三维返回位置图像。
10.根据权利要求5所述的利用主动电子束探测空间目标的装置，其特征在于，所述栅网信号测量模块，通过检测所述主动电子束穿过栅网时，分别在各层栅网的网格线上产生的脉冲信号，确定主动电子束穿过各层栅网时对应的网格位置，以获得所述主动电子束的返回位置信息。
11.根据权利要求1所述的利用主动电子束探测空间目标的装置，其特征在于，所述装置通过供电模块供电，所述供电模块用于将航天器平台输入的一次电源转换为二次电源，并为所述利用主动电子束探测空间目标的装置提供电能。
12.根据权利要求1所述的利用主动电子束探测空间目标的装置，其特征在于，所述全向电子发射器和所述全向电子接收器安装在同一航天器平台上或分别安装在主航天器平台和伴飞航天器平台上；所述全向电子发射器和所述全向电子接收器的安装位置可根据空间电磁场环境进行调节。
13.根据权利要求12所述的利用主动电子束探测空间目标的装置，其特征在于，所述航天器平台包括：中高轨道航天器平台和未来星际空间航天器平台。
14.一种利用主动电子束探测空间目标的方法，基于权利要求1-13任一所述的利用主动电子束探测空间目标的装置实现，其特征在于，包括：
步骤1)通过所述供电模块将航天器平台输入的一次电源转换为二次电源，用于为所述利用主动电子束探测空间目标的装置提供电能；
步骤2)通过所述逻辑控制模块控制所述第一高压模块和所述第二高压模块产生高压；其中，所述第一高压模块产生的高压加载到所述全向电子发射器；所述第二高压模块产生得高压加载到所述全向电子接收器；
步骤3)通过所述逻辑控制模块调节所述全向电子发射器发射的主动电子束的发射方向和发射的所述主动电子束的能量，使所述主动电子束全向发射并具有不同的能量；
步骤4)通过所述全向电子发射器全向发射不同能量的所述主动电子束至被测目标所在空间，以探测所述被测目标；
步骤5)通过所述全向电子接收器识别和接收从所述被测目标所在空间返回的主动电子束；
步骤6)通过所述成像模块采集所述全向电子接收器接收的所述主动电子束的返回位置信息；并将所述主动电子束的返回位置信息保存成返回位置图像；
步骤7)通过所述逻辑控制模块同步采集所述全向电子发射器发射的主动电子束的能量信息、发射的主动电子束的发射方向信息和所述返回位置图像，并对所述全向电子发射器发射的主动电子束的发射信息和所述返回位置图像进行数据处理分析，以获得被测目标的截面形状和位置。
15.根据权利要求14所述的利用主动电子束探测空间目标的方法，其特征在于，所述主动电子束的返回位置在所述返回位置图像的对应位置显示有返回电子；所述返回位置图像的剩余位置显示空白。
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