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鹊桥二号中继星阵列中性原子成像仪定标方法
邵金发, 常远, 余庆龙, 张贤国, 路立, 谢众, 兰舰, 于贤彩, 贾帅, 黄晨曦, 刘黎军, 孙越强, 赵勋峰, 耿浩, 薛长斌
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0112
摘要(97) HTML全文(29) PDF 6528KB(21)
摘要:
鹊桥二号中继星阵列中性原子成像仪(GENA)是中国首台月基磁层中性原子全景遥感成像载荷, 旨在通过高时空分辨率观测数据为研究地球磁层亚暴注入触发机制、磁尾能量转化机制及地球磁暴的产生过程等提供科学数据支持. 该阵列中性原子成像仪创新地将飞行时间法与二维编码调制成像技术相结合, 实现了单粒子事件的精确探测及大尺度高分辨的磁层中性原子遥感成像. 鹊桥二号中继星阵列中性原子成像仪可用于测量4～200 keV H原子和8～250 keV O原子, 且能量分辨率优于1 keV@10 keV. 同时, 其仪器视场角大于20°×45°, 中性原子遥感图像分辨率优于0.5°. 为准确标定阵列中性原子成像仪的上述性能指标, 开展阵列中性原子成像仪定标方法研究. 通过加速器束流定标测试验证阵列中性原子成像仪对中性原子的种类鉴别及能量测量能力, 通过光学定标测试验证阵列中性原子成像仪视场覆盖范围及生成图像的分辨率. 定标测试结果表明, 阵列中性原子成像仪对H原子和O原子的测量能力可覆盖设计指标.
嫦娥七号月震仪载荷定标方法
温哲, 欧阳浩, 李伟良, 张盛泉, 刘越, 张亚男, 许晴, 李瑞琨, 王小庆, 王娟, 邱立波, 郑福, 李少卿, 梅云飞, 曹印国, 屈少波, 金鹏飞, 王秋, 宋奥辉, 游庆瑜, 刘骅锋, 杨双, 张金海
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0121
摘要(256) HTML全文(42) PDF 7159KB(46)
摘要:
嫦娥七号任务计划在月球南极部署中国首台自主研制的月震仪, 用于监测天然月震与陨石撞击等事件激发的振动信号, 并开展为期八年的科学探测. 为保障月震仪在月球极端环境下的测量精度与长期工作的稳定性, 需建立系统的定标方法, 以确保其关键参数与技术指标符合科学探测与数据反演的要求. 依据地面地震计入网技术标准, 结合月震仪的带宽、动态范围、震级测量范围等性能要求, 设计了涵盖幅频响应、灵敏度及其误差、自噪声、量程等关键指标的地面定标试验方案. 此外, 针对在轨运行需求, 本文设计了月面在轨自主定标方案, 并提出基于人工震源的月面定标方法. 本研究构建了完整的月震仪功能与性能定标体系, 为月震仪从地面验证到在轨运行各阶段提供了系统的性能测试与评估依据, 为后续获取高精度月震数据并开展科学解析奠定了重要基础.
微重力下冷凝及传热研究进展
郭帅, 秦业超, 王鑫, 许波, 陈振乾
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0028
摘要(714) HTML全文(122) PDF 5283KB(37)
摘要:
综述微重力下膜/滴状冷凝的研究进展, 揭示两相流传热机理及重力影响规律. 对于管内冷凝, 可采用重力无关准则数(Bond数与Froude数等)判断重力是否影响传热, 通过增加蒸汽质量流速和减小管径减弱重力影响, 分析微重力冷凝下传热关联式以指导工程设计. 对于滴状冷凝, 在微重力环境下可通过提高蒸汽流速、使用功能性表面结合气流吹扫去除冷凝液滴, 实现持续滴状冷凝. 当前微重力冷凝实验研究的发展因缺少长期连续微重力环境而受到限制, 需借助中国空间站和国际空间站开展长时间冷凝传热实验, 以弥补可重复实验数据的不足, 探索重力作用机制, 为空间两相换热系统提供理论支撑.
嫦娥七号月球微波成像雷达地面标定方法
岳海霞, 王宇, 王沛, 矫远波, 黄译, 吕志鹏
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0119
摘要(178) HTML全文(47) PDF 2511KB(22)
摘要:
探月工程四期嫦娥七号搭载的月球微波成像雷达未来在轨运行后, 不会在月面布控定标器, 因此无法实现在轨外场定标. 为确保获得月面高精度影像数据, 提出了一种地面标定方法. 该方法结合雷达系统内定标+内场性能标定, 在地面测试中通过在全温环境下测量内定标网络温度特性获取内定标精度、内定标通道一致性, 在暗室中获取内定标常数, 借助暗室构建内场无线收发环境实现系统发射和接收通道绝对收发增益和收发通道稳定度的精确标定. 地面标定获取的基础数据可用于在轨内定标常数、绝对和相对辐射精度、极化通道一致性等指标的校准, 为高分辨率月面探测提供保障.
基于自适应增强算法的卷积神经网络单粒子翻转容错方法
罗熙, 周晴, 江源源
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0025
摘要(410) HTML全文(81) PDF 3965KB(18)
摘要:
空间辐射环境下的单粒子翻转效应严重威胁着星载智能系统的可靠性, 传统的三模冗余和周期性擦写等容错方法存在资源开销大、功耗高等问题. 提出一种基于自适应增强算法的轻量化容错方法(AB-FTM), 通过该方法构建ResNet20/32/44异构弱模型集成架构, 结合动态权重调整机制, 不仅显著减少参数规模(相比于原始ResNet110缩减18.2%), 而且提升了分类精度与鲁棒性, 增强了容错能力. 在CIFAR-10, MNIST, EuroSAT和Galaxy10 DECals数据集上的实验验证表明, 当0.032‰ 比例的参数发生单粒子翻转时, 该方法较ResNet110三模冗余的准确率分别提升53.25%, 63.49%, 57.67%和47.43%, 显著优于传统三模冗余方案. 该方法为未来空间科学卫星使用星载智能系统提供了兼顾可靠性、轻量化与计算效能的新型解决方案.
嫦娥七号低能离子与低能电子探头设计与地面定标
苏斌, 孔令高, 高俊, 刘超, 张爱兵, 吕玉龙, 王文静, 马利媛
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0095
摘要(176) HTML全文(54) PDF 3049KB(16)
摘要:
低能离子和低能电子探头作为嫦娥七号探测器着陆器月表环境探测系统的组成单机, 主要用于开展月表低能带电粒子就位探测, 为揭示太阳风与月表的相互作用与耦合机制, 研究月表空间环境微观结构的形成机理提供关键背景数据, 并为月球科研站的空间环境评估及保障提供科学支撑. 低能粒子和低能电子探头采用相同的传感器设计方案, 利用半球形静电分析器与非对称式静电偏转板实现对月表低能带电粒子的大视场和宽能量范围探测, 利用可变几何因子功能实现大通量动态范围. 采用地面标准等离子体束源对两台探头的性能进行了详细定标. 定标结果显示, 低能离子低能电子探头可实现0.001～30 keV能量范围的等离子体探测, 能量分辨率优于15%, 通量探测范围可覆盖7个数量级, 探测视场为90°×360°, 角度分辨率优于15°×22.5°, 所有技术指标均满足任务要求.
南北半球中纬度地区热层风场对2018年3月18日磁暴的响应特征
夏新淼, 姜国英, NEL Amoré Elsje, 朱亚军, 徐寄遥, 袁韦
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0039
摘要(451) HTML全文(116) PDF 3627KB(28)
摘要:
基于兴隆(XLON, 40.2°N, 117.6°E; 磁纬35°N)和南非Sutherland天文台(SAAO, 32.4°S, 20.8°E; 磁纬40.7°S)的地基Fabry-Perot干涉仪(FPI)观测数据, 结合热层–电离层–电动力学环流模型(TIEGCM), 系统分析了2018年3月18－19日磁暴事件期间南北半球中纬度地区热层风场的响应特征. 研究发现, 南半球热层风场对磁暴的响应较北半球更为显著. 在SAAO台站观测到显著的赤道向和西向风增强现象, 其中经向风最大速度达128.4 m·s–1(赤道向), 纬向风最大速度达 –165.6 m·s–1(西向). 与TIEGCM模拟结果的对比分析表明, 模型能够较好地再现观测数据的扰动趋势, 特别是在SAAO经向风和XLON纬向风的变化特征方面. 然而, 模型在风速定量预测方面仍存在一定偏差, 对SAAO东向纬向风存在低估现象, 而对XLON赤道向经向风则呈现高估趋势.
大尺度行进式热层与电离层扰动同步观测的事例对比
潘建宏, 蔡红涛, 闫旭, 胡坤, 杨璐冰, 青海银, 张世炜
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0069
摘要(337) HTML全文(82) PDF 5691KB(20)
摘要:
为了对比热层–电离层中相伴传播的大尺度行进式大气层扰动与大尺度行进式电离层扰动的传播特征差异, 利用CHAMP卫星可以同时共体跨纬度观测大气质量密度和电子密度的优势, 研究了2002年3月19日一对远距离相伴传播的LSTAD与LSTID事件. 在当日04:00-06:00 UT期间, 伴随着AE指数的突然显著增强, CHAMP卫星随即在北半球观测到了相伴传播的LSTAD与LSTID. 在04:00 UT以后大约6 h内, 这些大气质量密度与电子密度的扰动一直向南传播, 穿过赤道并进入南半球, 最终在南半球耗散消失. 此外, 地面GNSS台链的观测结果也印证了卫星观测到的LSTID的真实存在. 经过对比分析表明, 由于电子运动受到洛伦兹力的高度控制, 而中性粒子不受洛伦兹力约束, 所以由同一源区激发且相伴传播的LSTAD与LSTID沿子午向的水平传播速度表现出明显差异, 导致在同一轨道上同一时刻同一位置二者的相位并不相同甚至差别明显.
嫦娥七号月表尘埃探头地面定标方法与试验
李存惠, 庄建宏, 王鹢, 崔泽成, 汪加洁, 宗朝, 魏永强, 张海燕
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0116
摘要(231) HTML全文(78) PDF 2834KB(15)
摘要:
嫦娥七号探测器将在月球南极区域的艾特肯盆地着陆, 开展月球南极月表环境的综合探测与研究. 其中月表尘埃探头将对极区撞击坑附近自然悬浮的尘埃粒径、速度以及累积质量通量等关键特性参数进行原位测量. 为实现高精度的科学探测, 开展了系统的地面定标试验. 其中粒径定标采用单颗粒自由落体方法, 结合中性滤波片等效测试方案, 实现了1～5000 µm粒径范围的覆盖. 试验结果显示, 粒径反演误差不超过17%. 速度定标通过自由落体颗粒在不同高度下的飞行时间测量, 测速误差在13%以内. 通量定标采用溶液滴定法获得了石英晶体微量天平的质量灵敏度, 三方向质量灵敏度均在10–9 g·Hz–1·cm–2量级, 线性度良好, 同时建立了温度–频率修正曲线, 以支持在轨数据的归一化处理. 定标结果表明, 尘埃探头各项性能指标满足月球南极极端环境下的探测需求, 所建立的定标方法和反演模型为后续在轨科学数据的解译提供了可靠依据.
基于双粗糙界面数值仿真模型的机载雷达山岳冰川介电虚部反演
沙子意, 朱迪, 白东锦, 徐国庆, 马剑英, 刘天澳
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0052
摘要(368) HTML全文(66) PDF 4646KB(16)
摘要:
冰川作为全球气候变化的关键指示体和重要的淡水资源, 其多物理参数的精准获取具有重要意义. 中国山岳冰川环境恶劣、地形复杂, 传统就位探测方法难以大面积连续监测. 星载冰川透视探测由于受分辨率制约和复杂地面杂波的干扰, 至今无业务化应用. 机载雷达空间分辨率高、探测方式灵活, 已成为冰川监测和研究的重要技术手段. 但机载雷达进行探测时, 依然面临冰表起伏和冰底复杂地形的影响, 例如冰表杂波干扰信号解译与参数反演; 冰底地形散射与冰内介电损耗耦合, 阻碍介电常数准确反演. 本研究结合机载超宽带雷达数据与伪谱时域(PSTD)数值模拟, 构建冰表–冰底双界面地形与介电参数耦合模型. 通过二维PSTD仿真揭示地形散射与介电损耗互作用机制, 提出基于动态范围分析的冰层介电常数虚部反演方法. 应用老虎沟12号冰川实测数据, 经迭代优化将虚部估计值收敛至6.0×10–4, 相对误差为21%. 仿真与理论模型交叉验证表明, 该方法有效解耦地形与介电参数的协同干扰, 提升了复杂地形区冰川介电参数反演精度.
临近空间大气风场星载Fabry-Perot干涉仪设计及仿真结果分析
孙翼然, 王后茂, 李鹏达, 刘玖, 王咏梅, 付利平, 黄聪, 宗位国
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0041
摘要(378) HTML全文(84) PDF 4830KB(29)
摘要:
Fabry-Perot干涉仪(FPI)是较为重要、广泛应用的临近空间风场探测手段, 为弥补中国在天基FPI测风方面的空白, 中国科学院国家空间中心研发了一种星载FPI测风仪. 对此星载FPI测风仪的光学、结构与温控设计、光学仿真及结果进行分析. 根据宽波段的探测需求, 分析光学设计, 并对其成像系统进行像质评估. 基于光学仿真数据, 对星载FPI仪器进行风速反演与精度分析, 在557.7 nm和762.0 nm两个波段的风速误差分别为-1.722 m·s–1和-2.3672 m·s–1, 表明该星载仪器设计符合测风要求. 根据仪器的结构设计特点和成像部分温控方案, 提出一种平移式滤光片切换装置, 采用梯形螺杆加微型减速步进电机或微型直线电机驱动. 进而探讨了仪器核心组件标准具的控温精度与测风误差的关系, 采用了主被动相结合的设计, 降低温度变化对结果的影响, 并进行了仿真验证.
电缆对感应式磁强计性能影响的仿真与试验
朱林杉, 周斌, 张天宇, 薛永亮, 程炳钧, 陶然, 谢玉静, 翁成翰
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0037
摘要(364) HTML全文(93) PDF 5872KB(19)
摘要:
针对感应式磁强计线圈与前置放大电路间长电缆信号传输带来的性能影响问题, 首次建立感应线圈–电缆–前置放大电路的电路等效模型, 通过仿真分析与试验验证揭示电缆长度对传感器噪声频率分布的影响规律. 理论分析表明, 电缆对传感器灵敏度影响有限, 高频段(>1 kHz)噪声水平会随着电缆长度的增加而显著提高. 在以10～1000 Hz频带宽度, 30 fT·Hz1/2 (1 kHz) 的噪声水平为目标的感应式磁强计样机基础上, 验证电缆长度变化时噪声的变化规律. 试验结果表明, 电缆长度由0 m增至30 m时, 噪声转折频点由7.5 kHz前移至2 kHz, 同时高频噪声(10 kHz)水平提升6倍. 研究发现, 电缆长度增加对感应式磁强计噪声影响较为显著, 具体表现为低频段噪声略有改善, 高频段噪声急剧恶化, 可以通过包含电缆参数的理论模型进行设计和预测. 本研究为空间探测感应式磁强计在长电缆应用场景下的工程实现提供了关键参数依据.
基于宽度学习的HY-2微波散射计海面高风速订正
苏月, 张金鑫, 刘桂红, 马文韬, 于暘, 吴之恒, 汪胜, 杨晓峰, 光洁
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0023
摘要(504) HTML全文(158) PDF 5214KB(19)
摘要:
针对国产微波散射计高风速订正需求, 以2021—2022年9个台风的HY-2系列微波散射计观测资料为数据源, 以机载步频微波辐射计(Stepped Frequency Microwave Radiometer, SFMR)风速为参考真值, 通过时空匹配构建建模数据集, 并将其以7︰3随机划分为训练集与测试集; 基于轻量化的宽度学习系统(Broad Learning System, BLS)开展回归分析, 构建高风速订正模型. 模型测试结果表明: 订正后HY-2风速的均方根误差(Root Mean Squared Error, RMSE)为4.47 m·s–1, 比订正前提升了35%; 风速大于25 m·s–1时, 订正后风速的RMSE为6.76 m·s–1, 相比订正前的13.27 m·s–1有了明显改善. 此外, 以2021年台风灿都为例进行对比分析, 结果显示订正后HY-2C最大风速从22.09 m·s–1提高至32.73 m·s–1, 并且风速廓线的对比进一步证实了本文模型的有效性.
基于SimVP的赤道等离子体泡演化预测模型
钟佳, 邹自明, 吴坤, 徐寄遥, 陆阳, 孙龙昌, 袁韦
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0046
摘要(492) HTML全文(112) PDF 5175KB(40)
摘要:
赤道等离子体泡是日落后低纬电离层中形成的低电子密度空腔结构, 其演化过程会导致无线电信号闪烁与衰减. 对赤道等离子体泡的演化进行精准预测, 在空间天气研究及卫星通信领域意义重大. 提出一个基于SimVP(Simpler yet Better Video Prediction)框架的EPB演化预测模型, 通过曲靖站历史气辉观测图像学习EPB时空演化特征, 实现对未来演化的精准预测, 通过系统实验分析了关键参数对模型性能的影响. 结果表明, 时间分辨率设为3 min, 采用6 帧输入图和6 帧输出图的架构时模型性能最优(结构相似度为0.989, 峰值信噪比为34.704). 实验显示, EPB空间形态复杂度对预测精度影响显著, 而光污染干扰相对有限. 提出的模型具有较好的跨台站应用鲁棒性, 该模型不仅为EPB演化提供了数据驱动的高效预测工具, 还可为受污染气辉观测数据的修复提供技术支撑.
单台站地磁Kpest指数数据集(2022－2024年)
王晶, 钟秋珍, 罗冰显, 王霄, 赵明亮, 程永宏, 沈华
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0131
摘要(609) HTML全文(160) PDF 3628KB(22)
摘要:
2011年中国科学院国家空间科学中心建立了中国科学院空间环境监测网, 地磁台站分别位于漠河、北京、廊坊、三亚、富克. 通过融合处理这5个地磁台站磁通门磁力仪H分量监测数据, 发展一种可以有效识别地磁规则日变化, 反映地磁扰动季节变化和地方时效应, 并且适合中国地磁台网分布特性的估算地磁指数Kpest. 本数据集包含2022－2024年5个地磁台站的地磁指数Kpest, 能够改变目前官方Kp指数发布延迟2周因而无法满足业务需求的现状, 为空间天气预报服务提供数据支撑.
内蒙古四子王站宇宙线μ子计数数据集(2023－2025年)
程永宏, 钟秋珍, 庄淳孛, 师立勤, 宋小超, 王晶, 沈华, 未历航
, doi: 10.11728/cjss2026.02.2025-0133
摘要(472) HTML全文(158) PDF 7457KB(10)
摘要:
内蒙古四子王站μ子望远镜的探测对象是到达地面的次级宇宙线μ子. 该μ子望远镜的48个探测单元产生的μ子信号, 经过放大、甄别、整形处理后, 被传送至FPGA逻辑电路进行方向符合计算, 产出原始μ子计数, 再经过气压修正计算, 形成15个方向的μ子计数校正值数据集, 时间分辨率为1 h. μ子望远镜探测数据可灵敏反映宇宙线的日变化、长期变化, 以及日冕物质抛射引发的福布斯下降短时扰动现象. 本数据集时间从2023年5月至2025年4月, 处于第25太阳活动周高年期间, 可为太阳爆发及其在行星际的扰动传播、地磁响应过程研究提供宝贵的数据资源, 同时可为空间天气预警提供数据支撑.
面向星载应用的高性能图像压缩核设计与实现
傅志宇, 张学全
, doi: 10.11728/cjss2026.01.2025-0021
摘要(532) HTML全文(162) PDF 4616KB(18)
摘要:
为了满足航天应用中图像数据高效存储与传输的需求, 基于FPGA设计并实现了一种符合CCSDS 122.0-B-1标准的星载高性能图像压缩核. 充分考虑算法特性与实现平台特点, 设计了新颖的编码控制逻辑与数据组织结构. 针对压缩效率这一关键指标, 设计了段大小为256的算法实现架构, 压缩效率处于同类应用前列. 通过分段压缩机制, 有效防止了误码扩散, 并支持压缩质量连续调节与图像渐进传输. 针对扫描与编码环节的性能瓶颈, 提出了全并行扫描及动态优化并行编码方法, 实测编码效率提高约50%. 压缩核支持图像最大尺寸4096×4096 pixel, 最大位深度16 bit. 通过实际测试, 压缩核吞吐率可达90.64 ×106 sample·s–1, 可满足大部分航天任务的图像压缩需求.
空间引力波探测无拖曳卫星有限频域抗扰控制器设计
徐乾蛟, 崔冰, 王鹏程, 夏元清, 张永合
, doi: 10.11728/cjss2024.05.2024-0022
摘要(1159) HTML全文(450) PDF 5881KB(78)
摘要:
在空间引力波探测任务中, 有限测量频域约束以及高精度控制指标使双参考质量无拖曳卫星控制器设计面临诸多技术难题. 基于此, 本文提出了一种基于广义Kalman-Yakubovich-Popov(GKYP)引理的有限频域抗扰控制器设计方法. 针对探测任务中指定频段内的性能约束, 结合灵敏度和补灵敏度控制指标, 在指定频段下构建了具有频率响应函数形式的有限频域控制性能指标. 提出了具有固定阶数特性的输出反馈控制结构, 并基于GKYP引理建立了控制器参数选取方法, 构建了有限频域抗扰控制器设计方法. 不同于现有的无拖曳控制器设计方法, 该设计方法可以有效降低控制指标的保守性, 同时在指定频段下实现了控制器的精确设计, 从而降低控制器阶数. 数值仿真表明, 本文所提方法在复杂扰动和噪声影响下可以满足无拖曳系统各回路控制性能指标.

期刊介绍

ISSN 2097-7689       CN 11-1783/V

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