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当期目录

    2016年, 第36卷, 第2期 刊出日期:2016-03-15 上一期    下一期
    Exploring the Dynamic X-ray Universe: Scientific Opportunities for the Einstein Probe Mission
    YUAN Weimin, OSBORNE Julian P, ZHANG Chen, WILLINGALE Richard
    2016 (2):  117-138.  doi: 10.11728/cjss2016.02.117
    摘要 ( 1162 )   PDF(11002KB) ( 1708 )  

    Time-domain astrophysics will enter a golden era towards the end of this decade with the advent of major facilities across the electromagnetic spectrum and in the multi-messenger realms of gravitational wave and neutrino. In the soft X-ray regime, the novel micro-pore lobster-eye optics provides a promising technology to realise, for the first time, focusing X-ray optics for wide-angle monitors to achieve a good combination of sensitivity and wide field of view. In this context Einstein Probe, a soft X-ray all-sky monitor mission, was proposed and selected as a candidate mission of priority in the space science programme of the Chinese Academy of Sciences. This paper reviews the most important science developments and key questions in this field towards 2020 and beyond, and how to achieve them technologically. It also introduces the Einstein Probe mission, including its key science goals and mission definition, as well as some of the key technological issues.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    日球层物理和太阳系探测
    行星际磁场By分量对磁尾场向电流的控制作用
    程征伟, 史建魁, 刘振兴
    2016 (2):  139-146.  doi: 10.11728/cjss2016.02.139
    摘要 ( 497 )   PDF(891KB) ( 908 )  

    利用Cluster卫星的磁场探测数据及ACE卫星的行星际磁场(IMF)探测数据, 研究了IMF By分量(IMF|By|<10nT)对磁尾等离子体片边界层 (PSBL)区场向电流发生率和密度的影响. 研究显示: 与IMF By分量为负时 进行比较, IMF By分量为正时场向电流的发生率更高, 约55.6%; 当IMF|By| >4nT时场向电流发生率占总发生率的77.4%; 场向电流发生率随 IMF |By|的增大而增大, 且具有很好的线性相关关系, 当IMF By分量 为正时, 相关性更好; 场向电流密度也随IMF |By|的增大而增大, 同样具 有很好的线性相关关系, 当IMF By分量为正时, 相关性更好. 以上结果表 明, IMF By分量对磁尾场向电流的产生和变化具有很强的控制作用, 并且 昏向IMF变化与场向电流变化的关系更加密切.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    地磁场磁力线可视化种子点选取的磁场强度线积分等分算法
    高广大, 胡晓彦, 钟佳, 邹自明
    2016 (2):  147-152.  doi: 10.11728/cjss2016.02.147
    摘要 ( 462 )   PDF(1101KB) ( 936 )  

    将磁力线按流线进行绘制是地磁场可视化的通用方法. 磁力线种子点的选取 决定了绘制磁力线的疏密, 其疏密程度能否真实反映地磁场强度分布是评价地 磁场可视化效果的关键. 基于磁经圈均匀角度种子点选取算法绘制 的磁力线通常不能客观反映地磁场强度的空间分布, 针对这一不足, 提出一种等分磁场强 度线积分的磁力线种子点选取算法. 利用该算法对地磁场IGRF模型和T96模型 描述的地磁内外源场进行可视化绘制, 对磁力线追踪结果中出现的冗余磁力线 进行过滤, 统计分析了绘制磁力线的空间分布与地磁场强度空间分布的相关性, 结果表明该算法能够较好地实现对地磁场的可视化.

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    一种改进的Kp指数现报模式
    王庚, 罗冰显, 刘四清, 龚建村
    2016 (2):  153-166.  doi: 10.11728/cjss2016.02.153
    摘要 ( 641 )   PDF(3307KB) ( 1158 )  

    在评估国际常用Kp指数现报模式Takahashi及其应用于中国地 磁台站效果的基础上, 提出了一种改进的地磁Kp指数现报模式, 其可以 有效识别地磁规则日变化的逐日变化特性, 反映地磁扰动的季节效应和地方时 效应, 从而提升了Kp指数现报的准确性. 采用Takahashi模式开发时所 使用的台站数据进行对比, 新模式将单站地磁Kp指数现报效率由0.77 提升至0.84, 多站联合Kp指数现报效率由0.88提升至0.92; 采用 2000-2006年北京十三陵台站(BMT, 磁纬29°N)数据进 行评估, Kp指数现报效率由0.70提升至0.80. 对Kp指数现 报结果的误差分析发现, 现报误差存在明显的地方时差异和一定的季节差异, 误差随扰动强度变化并在中强磁扰时最大. 利用SuperMAG的指数分析表明, Kp台站的经度不均匀分布会对现报效果造成一定影响.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    海口站电离层闪烁强度功率谱分析与建模应用
    张红波, 盛冬生, 刘玉梅, 孙树计, 徐彤
    2016 (2):  167-174.  doi: 10.11728/cjss2016.02.167
    摘要 ( 582 )   PDF(2192KB) ( 883 )  

    基于中国海口站(20.00°N, 110.33°E)获取的2013全年UHF 频段电离层闪烁信号强度数据, 利用Welch算法, 分析给出了四类典型电离层闪 烁强度功率谱. 利用功率谱时序图分析方法, 发现电离层不均匀体存在东西向水 平周期性变化结构. 提取全年功率谱指数p, 通过统计分析发现谱指数p存在规律变化, 据此建立一个谱指数经验模型, 该谱指数模型已用于中国低纬 区域电离层闪烁发生预报概率模型(CMSOP), 进而对海口站UHF频段电离层闪烁发生 概率观测数据和预报结果进行了对比分析.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于MST雷达数据的中纬对流层和低平流层大气行星波研究
    汤蕾, 黄春明
    2016 (2):  175-187.  doi: 10.11728/cjss2016.02.175
    摘要 ( 528 )   PDF(3711KB) ( 1055 )  

    通过分析中国河北香河站MST (Mesosphere-Stratosphere-Troposphere)雷达 2012-2014年的水平风场数据, 研究了北半球中纬地区对流层和低平流层 (Troposphere and Lower Stratosphere, TLS)区域大气行星波的特性. 谱分 析发现, 在这一区域准16天波和准10天波占据主导地位, 准16天波更为显著. 在 对流层区域, 行星波具有丰富的频谱成分, 活动具有间断性, 持续时间一般不 超过三个月, 并没有明显的季节性变化特征, 其中纬向分量的振幅大于经向分量. 在 平流层区域(高度17km以上), 行星波一般出现在冬季, 并且主要在纬向分量中. 通常平流层区域的振幅要小于对流层区域. 结合MERRA再分析资料分 析了强行星波传播特性, 结果表明: 2014年2-3月纬向分量中的准16天波垂 直向上传播, 垂直波长约为64km, 纬圈波数约为2, 纬向传播方向自西向东, 水平波长约为15324.7km, 对应的相速度为11.1m·s-1 (向东为正); 2014年5月纬向分量中的准10天波在10~18km高度范围内向下传播, 垂直波长约为50km, 纬圈波数约为1, 传播方向自西向东, 水平波长约为 30649.4km, 对应相速为35.5m·s-1.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    大气阻力参数修正对低轨空间目标轨道预报精度的改进
    苍中亚, 薛炳森, 程国生, 朱小露
    2016 (2):  188-195.  doi: 10.11728/cjss2016.02.188
    摘要 ( 570 )   PDF(1737KB) ( 1311 )  

    对于低轨空间目标, 大气阻力是影响轨道预报精度的主要摄动力. 本文提出了一种 基于空间环境数据和神经网络模型的空间目标大气阻力参数修正方法, 基于目 标的历史两行元根数, 通过模拟得到外推一天轨道预报中预报结果与观测数据 符合最好的阻力调制系数, 分析表明其与太阳F10.7指数和地磁Ap指数具有很好的相关性. 根据已有数据, 构建神经网络模型, 实现对阻力调制系数 的补偿计算, 从而改进低轨目标外推一天的轨道预报. 结果表明, 神经网络模 型相比两行元根数能够更及时地对空间环境变化进行响应. 将该方案应用于天 宫一号和国际空间站的外推一天轨道预报, 验证了方案的正确性和普适性, 对 地磁扰动引起的较大预报误差改进效果更好, 误差能够降低50%~60%; 平均而言, 预报精度可以提高约30%, 改进成功率达到80%左右.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    空间探测技术
    月球表面巡视探测GNC技术
    邢琰, 滕宝毅, 刘祥, 毛晓艳
    2016 (2):  196-201.  doi: 10.11728/cjss2016.02.196
    摘要 ( 657 )   PDF(2735KB) ( 1094 )  

    嫦娥三号巡视器是中国首个地外天体表面巡视探测器, 其制导、导航及控制 (GNC)技术与地球卫星等航天器完全不同. 探测器实现月表巡视探测需要在地 外天体表面确定自身位置、航向及姿态, 识别周围地形环境并寻找安全路径, 控制巡视器沿规划路径安全行驶等. 本文针对嫦娥三号巡视器月面巡视对GNC系统的 任务要求及工作性能, 对月面自主导航定姿定位、协调运动控制、环境感知、 路径规划、激光探测避障以及地面试验等重要技术环节进行了分析, 研究月面制 导、导航与控制特性并进行实验验证, 进而对巡视器GNC技术进行了模拟仿真.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    卫星介质深层充电的两类计算模型对比分析
    王松, 唐小金, 武占成, 易忠
    2016 (2):  202-208.  doi: 10.11728/cjss2016.02.202
    摘要 ( 545 )   PDF(1047KB) ( 867 )  

    计算模拟是评估航天器介质深层充电危害的重要研究方法之一. 通过粒子输运 模拟, 可以得到特定空间辐射环境下介质中的电荷沉积分布, 进而根据电位/电 场计算模型, 得到深层充电结果. 前期研究多是围绕RIC (辐射诱导电导率)模 型及其改进模型展开的, 而目前通常采用基于电流守恒定律的简单计算模型. 为了研究二者关系, 给出其各自求解方法, 并采用已发表数据对计算结果进行 验证; 从理论上阐述了后者是RIC模型的进一步简化, 只要二者考虑相同的介 质电导率, 则对应计算结果就是一致的; 结合GEO恶劣电子辐射环境下平板介 质模型在三类边界条件下的充电情况, 进行了充分的仿真验证. 相关结论为介 质深层充电效应评估提供了有益参考.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    星载有效载荷自主探测管理方案设计与实现
    梁耀明, 马苗, 王连国, 沈卫华, 朱岩
    2016 (2):  209-214.  doi: 10.11728/cjss2016.02.209
    摘要 ( 727 )   PDF(849KB) ( 1929 )  

    星载有效载荷在轨探测时需要在多种模式之间不断进行切换, 以便获得探测器 的最优工作状态. 每种模式切换时需要对有效载荷28个电子学前端电路、中子 采集与处理电路、触发单元电路、高压供电机箱及载荷数管进行多种工作状态 参数的配置. 为有效开展有效载荷探测工作, 提高有效载荷探测模式转换的灵 活性及降低模式切换时参数配置的复杂度, 对星载有效载荷在轨自主探测管理 技术进行研究, 并对探测器有效载荷的工作模式进行分析, 给出由地面规划 专家和星上自主探测执行机构相结合的基于事件驱动的有效载荷自主探测方案 设计和软件实现情况, 同时对自主探测中的可靠性措施进行了分析, 实现探测 器全天候、全时段、灵巧探测的功能, 并减少了对地面遥控注入的依赖.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于铁基纳米晶带巨磁阻抗效应的磁强计设计
    吕维维, 王劲东, 赵华
    2016 (2):  215-220.  doi: 10.11728/cjss2016.02.215
    摘要 ( 407 )   PDF(1237KB) ( 869 )  

    基于巨磁阻抗效应(GMI)的磁强计是近年来磁强计研究领域的热点. 相比其他类型磁强计, GMI磁强计具有微型化、高灵敏度、快速响应、高温度 稳定性和低功耗的优点. 本文以铁基纳米晶带材为敏感材料, 设计并实现了GMI 磁强计传感器与后续信号处理电路, 组成一台GMI磁强计. 实验结果表明, 该磁 强计在-25000~25000nT量程内灵敏度为0.176mV·nT-1, 满足实际弱磁场测量要求, 并且具有体积小及功耗低的特点, 有望应用于空间 探测等磁测量领域.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    地面姿态模拟光源控制系统研究
    王醒华, 王凌云, 王博, 张国玉, 苏拾, 孙高飞, 刘石
    2016 (2):  221-226.  doi: 10.11728/cjss2016.02.221
    摘要 ( 345 )   PDF(1324KB) ( 879 )  

    太阳敏感器和红外地球敏感器是卫星升空以后进行姿态控制的两个重要部件, 地面姿态模拟光源作为地面测试设备, 用来在地面上给这两个部件提供太阳模 拟信号和红外地球模拟信号. 本文设计了一套由4条光缝组成的模拟卫星自旋转 动的小型太阳模拟光源及针对地球同步轨道高度模拟15.6°张角的南 (北)红外两个地球模拟光源, 并为南北地球敏感器太阳保护探头提供了模拟 的太阳保护光源. 根据地面姿态模拟光源控制系统的组成和总体结构, 通 过分析计算给出各模拟光源之间严格的时序关系, 并对各模拟光源之间的时序 进行了实验测试, 结果表明模拟转速锁相误差不大于1ms, 各模拟光源时序 之间的角度误差小于0.5°.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    多维构架式天线展开机构的展开力学性能测试系统设计
    王亚军, 徐志刚, 贺云, 贺喜斌
    2016 (2):  227-236.  doi: 10.11728/cjss2016.02.227
    摘要 ( 352 )   PDF(2386KB) ( 1116 )  

    卫星天线是卫星通信的关键部件. 为保证天线在轨可靠展开, 必须在地面对天 线展开机构的力学性能进行测试. 针对该问题, 提出一种多维构架式天线展开 机构力学性能测试系统, 模拟空间微重力和高低温环境下天线的展开过程并在 展开过程中对其进行加载测试. 根据测试系统方案及工作原理, 设 计了三自由度的重力补偿机械臂和加载装置, 并对展开机构的加载系统进行了 建模和仿真. 分析表明, 该测试系统重力平衡误差小于2% FS (Full Scale), 力矩加载误差小于2%, 满足展开机构测试要求. 该系统的提出使得展开机构测试从理论仿真提 升为全物理仿真, 对于保证卫星在轨可靠通信具有重要意义.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    时延估计柔性空间机器人鲁棒H控制及振动抑制
    叶柄能, 陈力
    2016 (2):  237-244.  doi: 10.11728/cjss2016.02.237
    摘要 ( 359 )   PDF(919KB) ( 3410 )  

    讨论了参数不确定漂浮基柔性空间机器人关节空间的轨迹跟踪及柔性振动 主动抑制问题. 结合时延估计和鲁棒H控制的优点, 设计了时 延估计鲁棒H控制器跟踪期望轨迹. 采用时延估计在线获得 系统的未知动力学, 并对控制过程加以补偿. 引入L2增益控制对时延估 计误差的L2干扰进行抑制,进一步提高系统的鲁棒性. 理论分析证明 引入的L2增益控制能够将时延估计误差对系统的影响抑制到满足鲁棒H性能, 且闭环系统的所有信号都是有界的. 运用虚拟控制力 改造了原有方案, 致使仅通过一个控制输入便可实现既跟踪期望轨迹又抑制 柔性振动的控制目标. 仿真实验证明了所提控制方案的有效性, 对比结果证 明了柔性振动主动抑制的有效性.

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