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基于SegRNN的热层大气密度经验模型校准
曹庆鹏, 黄柳朋, 韦春博, 谷德峰
, doi: 10.11728/cjss2025.06.2024-0179
摘要(343) HTML全文(47) PDF 4104KB(11)
摘要:
大气阻力是低轨卫星受到的最大非引力摄动, 大气阻力的计算误差主要来源于热层大气密度经验模型误差, 目前经验模型的误差较大, 普遍在30%以上. 为提高经验模型的预报精度, 提出一种基于SegRNN (Segment Recurrent Neural Network)的热层大气密度经验模型校准方法. 该方法使用SegRNN的分块和并行策略进行模型训练和推理, 避免了传统RNN (Recurrent Neural Network)因迭代次数过多而引起误差累积与梯度不稳定的问题. 通过分析大气密度与Ap, F10.7和F10.7a外部环境参数的变化关系, 提出了一种改进的神经网络架构SegRNN with Residual Block. 该架构通过引入外部环境参数作为动态协变量(Covariates), 使用Residual Block (RB)提取预报时段的密度相关信息, 从而进一步提高SegRNN的预报精度. 利用GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment)星载加速度计反演得到的密度数据对NRLMSISE 2.0进行校准实验. 结果表明, NRLMSIS 2.0模型原始误差为31.3%, 经SegRNN校准后, 误差降低至8.0%, 引入动态协变量后, 模型误差进一步降低至7.2%, 最终校准模型误差下降了24.1%, 校准效果显著.
1998－2020年120°E上空电离层赤道异常冬季纬度偏移现象及其影响机制
黄林峰, 王劲松, 宋善海, 杨士进, 廖瑶
, doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0136
摘要(409) HTML全文(26) PDF 4832KB(13)
摘要:
基于俄罗斯科学院IZMIRAN研究所提供的1998 － 2020年的电离层TEC, f0F2, hmF2等数据, 统计分析在地磁活动平静期间120°E上空电离层赤道异常(EIA)半球不对称性与冬季纬度位置偏移现象, 并探讨其可能影响机制. 研究结果表明, 冬至期间EIA双峰结构不对称性与太阳活动变化的相关性相对显著, 在太阳活动低时主要为南驼峰更为明显, 在太阳活动高时以北驼峰显著为主; EIA双峰结构纬度位置在冬季期间呈现出向南半球偏移的现象, 特别是在太阳活动很低时, 且南驼峰纬度位置偏移量更明显. 在120°E冬至期间, 跨赤道中性风是影响EIA双峰强度半球不对称性的主要因素, 排除地磁活动和磁偏角等的影响, 冬季EIA双峰结构纬度偏移可能与太阳直射点等离子体浓度背景场的地理控制作用有关.
频域特征叠加时域突变的乘性模型预测电离层TEC方法
王帅, 全林, 王鲲鹏, 李泠, 苑刚, 康丽华
, doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0123
摘要(327) HTML全文(34) PDF 4658KB(8)
摘要:
电离层总电子含量(TEC)是电离层的重要特征参数, 对导航误差修正等应用有较大影响, 但是目前的电离层TEC预报精度无法完全满足需求, 尤其在太阳风暴期间的精度和提前量方面存在不足. 针对区域电离层TEC预报需要, 综合考虑电离层TEC的频域和时域特性, 根据电离层TEC的变化受太阳活动影响存在趋势性、周期性和突发性的特征, 在分析太阳活动高低年趋势的基础上, 在频域用多个周期长度解析电离层TEC变化, 在时域上考虑地磁暴等因素对电离层TEC的突发性影响, 将扰动暴时(Dst)指数、经纬度作为输入参数, 对各个区域磁层–电离层耦合情况进行特异性建模. 实验结果表明, 在地磁平静时期中纬度地区, 本文方法在太阳活动低年7天预报值的均方根误差(RMSE)优于1.262总电子含量单位(TECU), 1天预报值的RMSE优于1.094 TECU, 在太阳活动高年7天预报值的RMSE优于2.771 TECU. 在地磁活跃时期, 7天预报值的RMSE优于4.186 TECU, 1天预报值的RMSE优于4.115 TECU. 本文建立了具备7天提前量的预报模型, 方法在预报精度和时效方面表现良好.
不同时空分辨率地磁模型与地磁台站实测数据对比
徐玥, 杨艳艳, 王婕, 泽仁志玛
, doi: 10.11728/cjss2025.06.2025-0001
摘要(470) HTML全文(81) PDF 10789KB(14)
摘要:
在近年来磁场变化较快的北极以及南大西洋异常区选取了国际地磁台网(INTERMAGNET)的4个地磁台站, 利用国际地磁参考场模型IGRF以及目前国内时空分辨率最高的多场源Swarm模型两个时空分辨率不同的全球地磁场模型, 定量研究了模型空间分辨率以及更新周期相对地磁台站实测数据的偏差. 研究结果表明: 同等更新周期情况下, 在太阳活动宁静时期, 对于岩石圈磁异常不明显的区域, IGRF和其他空间分辨率更高的地磁场模型给出的结果较为接近, 而对于岩石圈磁异常较为明显的区域, 空间分辨率更高的全球地磁场模型更接近实测值; 在IGRF未更新的5年 (2016－2020年)内, 地磁台站实测值与IGRF模型之间存在明显的时间漂移, 典型漂移可达100 nT以上, 但漂移的量值也存在地区差异, 这与地磁场全球变化不均匀有关. 相比之下, 地磁台站观测值与Swarm模型之间则未观测到明显的漂移现象. 这一结果表明, 在地磁场快速变化时期, 缩短主磁场的更新周期十分必要. 本项研究可以为全球地磁场模型的相关应用提供依据和参考.
2011至2022年太阳日珥数据集
汪谊涛, 张全浩, 刘佳佳
, doi: 10.11728/cjss2025.06.2025-0089
摘要(201) HTML全文(55) PDF 4851KB(18)
摘要:
太阳日珥是悬浮在日冕中具有较低温度(通常小于10000 K)和较稠密电子密度(109～1011 cm–3)的磁结构. 相关研究表明, 太阳日珥与太阳耀斑及日冕物质抛射等可能引起灾害性空间天气的太阳爆发活动具有明显的关联性, 研究太阳日珥的时空分布有助于预报其空间天气效应, 从而尽可能降低太阳爆发活动带来的灾害性影响. 本数据集基于10 min分辨率的SDO (Solar Dynamics Observatory)卫星 AIA (Atmospheric Imaging Assembly)仪器记录的 30.4 nm数据图像, 通过背景重构增大日面外图像的对比度, 而后使用骨架提取、区域生长等自动算法标记重构后图像中的日珥区域, 获得相关参数值, 并将持续时间内存在的相同日珥追踪后存储于数据文件中, 最后将处理后的图像以及日珥数据文件存储在按年–月–日的三级结构目录中. 数据集囊括了从2011年1月1日00:00 UT至2022年12月 31日23:50 UT共计101741个日珥文件, 严格按照相关协议和分类文件进行审核, 确保较高的可靠性, 为太阳日珥周期内的时空分布研究以及灾害性空间天气的预测提供科学数据支持.
基于NSGA-Ⅱ算法的固定式蜂窝板辐射器优化研究
王建鹏, 郭彤, 陈亮
, doi: 10.11728/cjss2025.06.2024-0177
摘要(289) HTML全文(73) PDF 3878KB(4)
摘要:
空间辐射器是航天热控系统的重要组成部分. 为了满足某低轨卫星散热与减重需求, 借助反设计理念提出一种固定式蜂窝板辐射器的优化策略, 由宏观与微观传热角度阐述了辐射器性能改善的根本原因. 以热管–管路布局参数作为设计变量, 采用Kriging构建代理模型, 基于NSGA-II算法迭代优化得到方案α与方案β. 仿真结果表明, 优化方案在降低辐射器质量约1/4的基础上, 表面温度均匀性分别提高3.09 K与4.98 K, 散热能力分别提高18.7%与28.8%. 对优化前后卫星绕轨运行温度水平进行对比分析, 结果表明辐射器的优化设计使航天器热控系统具有更大的温度控制余量, 并且具备显著的减重优势, 有助于航天器在轨任务的进行与拓展.
高轨电磁频谱监测载荷应用及资源管控
孙正波, 周晓光, 义余江
, doi: 10.11728/cjss2025.06.2024-0096
摘要(94) HTML全文(36) PDF 4771KB(1)
摘要:
电磁频谱监测是对电磁频谱这种重要战略资源进行分配、应用和管理的关键环节, 是政府无线电管理部门的一项重要任务. 电磁频谱监测的手段较多, 但多以地基为主, 存在较大的局限性. 基于天基平台的电磁频谱监测系统(Electromagnetic Spectrum Monitoring Systems)是广域电磁频谱监测的有效途径和研究热点, 相关产业随着航天、电子和信息等技术的发展逐渐规模化. 与低轨电磁频谱监测相比, 高轨电磁频谱监测具有任务响应速度快、数据接收处理时效性高、可全天时全天候连续监测等优点. 与高轨电磁频谱监测相关的公开报道很少. 本文从高轨电磁频谱监测的体制特点出发, 对载荷资源应用模式、载荷资源管控技术、应用系统等进行研究和针对性设计, 并提出需要进一步攻研的关键技术, 以期对该类卫星的设计和应用有一定指导意义.
低轨遥感卫星星地多站接力数据传输时间优化策略
陆召严, 范森权, 付碧红, 包丽平, 汪灏
, doi: 10.11728/cjss2025.06.2024-0083
摘要(466) HTML全文(141) PDF 5013KB(38)
摘要:
针对低轨遥感卫星多站数传接力问题中链路切换时刻选择及接力场景复杂的问题, 提出了一种基于链路切换时间优化的多站数传接力方法, 简化多站接力场景并选择最优接力时刻, 提升数传接力传输时长. 基于该方法建立多站接力的数学描述, 并构建卫星与地面站链路切换时间的表达方法. 基于主流的低轨遥感卫星和地面站特征, 建立星地数传接力场景, 归纳可见时间弧段特征, 构建多站接力复杂场景的两站化优化策略, 同时对链路切换时间进行数值求解, 寻求接力时间最短的接力时刻. 使用典型的星地数传模型仿真计算验证本文构建的带有优化策略的数传接力方法. 仿真结果表明: 在中国三个典型地面站场景下, 卫星与地面站的数传链路存在32.0%可接力数传弧段, 其中三站接力场景占比17.9%, 三站接力场景可以通过优化策略简化成两站接力场景并存在最优接力时刻, 使用接力时间优化策略后, 最短链路切换时间相比最长接力时间可缩短最高达25%; 使用优化后的数传接力方法进行接力数传, 每次可用时间的平均值由单站的7.61 min提升为11.12 min.
临近空间球载日冕仪热控系统设计方案与验证
王晶星, 林隽, 康凯锋, 李燕, 宋腾飞, 许方宇, 刘大洋
, doi: 10.11728/cjss2025.06.2025-0047
摘要(335) HTML全文(60) PDF 2173KB(9)
摘要:
日冕仪的光学系统通常采用较小的焦比设计, 导致镜筒结构细长, 对环境温度波动极为敏感. 为确保日冕仪在低温、低压的临近空间环境中稳定运行, 研究设计了一套高精度温度控制系统. 该系统包含12套独立控制的温控单元, 以热敏电阻为传感器, 结合薄膜加热片和PID(Proportional-Integral-Derivative)控制算法, 实现对镜筒温度维持在$ -\mathrm{5±}\mathrm{3} $℃. 利用铝合金材料热收缩特性的差异消除结构间隙, 控制热变形并通过调焦机构补偿焦距变化. 通过系统分析日冕仪结构特征及工作环境条件, 建立了临近空间环境下的热交换模型, 揭示了影响系统温度的关键因素, 进而提出了一种结合多级隔热与主动加热相结合的热控方案. 2022年10月4日系统在青海省大柴旦地区成功完成飞行实验, 驻留在海拔30 km的平流层, 并采集到有效数据. 回收数据表明, 温控系统运行稳定, 镜筒温度波动控制在设计范围内, 有效保障了日冕仪在极端环境下的正常工作, 为将来类似任务提供了重要的技术参考.
空中拖曳锥杆式对接电磁锁紧装置设计
赵俊杰, 蒋永, 吴福章
, doi: 10.11728/cjss2025.06.2024-0196
摘要(199) HTML全文(32) PDF 1018KB(8)
摘要:
空中拖曳系统是由拖曳飞行器平台、绳缆和拖曳体组成, 可以执行物资运输、载荷回收等任务, 显著拓展了空中作业空间范围. 拖曳体和拖曳飞行器平台连接过程中, 受拖曳飞行器平台尾流场以及柔性绳缆受气流因素干扰, 致使拖曳体连接过程存在困难, 需要对对接方式进行详细研究. 以空中拖曳锥杆式对接方式为研究对象, 设计了一种锥杆式对接电磁锁紧装置, 给出了快速锁紧与紧急释放的电磁锁紧原理. 通过建立对接过程有限元模型, 以电磁力作为变元进行参数化研究, 获得了电磁对接装置的响应数据. 采用电容供电情形下, 在电容0.5 F以上时, 2 mm×15 mm线规条件下电磁力最大可以达到1000 N以上. 所设计的拖曳锥杆式对接电磁锁紧装置, 为空中对接装置设计提供了新思路.
分体式金刚石/铜微通道散热研究
冯小明, 马祥, 张永海, 王帅, 李彬
, doi: 10.11728/cjss2025.06.2024-0184
摘要(477) HTML全文(62) PDF 1083KB(13)
摘要:
随着航天器功能部件热流密度激增, 相关电子设备的寿命和可靠性面临着严峻的散热问题. 将微通道散热技术与高导热金刚石/铜复合材料相结合, 为解决航天器的散热难题提供了有效途径. 本文设计了一种分体式金刚石/铜微通道散热系统, 并与纯铜微通道系统对比. 以HFE-7100为工质, 研究了不同流速、不同肋高下两种微通道系统的传热特性. 当流速为0.7 m·s–1, 随着肋高的增加, 临界功率下金刚石/铜比纯铜微通道系统的芯片表面温度低12, 19, 19.6℃, 传热系数最大提升分别为27.8%, 30.1%, 28.1%. 两种微通道系统的压差在对流段几乎相同, 进入核态沸腾后, 金刚石/铜微通道系统压差整体略高, 最大增加了11.8%.
非常规重力条件下燃料电池和电解池实验研究进展
李自航, 于瑞佼, 叶芳, 杜王芳, 陈浩, 郭航
, doi: 10.11728/cjss2025.05.2024-0157
摘要(749) HTML全文(74) PDF 786KB(16)
摘要:
燃料电池与电解池可以为空间长期任务和宇航基地提供能源支持, 但是空间中不同的引力水平会对其性能造成影响, 因此开展非常规重力环境中的相关实验研究对于航天用燃料电池与电解池的研发及改进是必要的. 本文综述了非常规重力条件下燃料电池和电解池的实验研究. 分析及讨论表明, 重力水平的改变导致燃料电池与电解池内部气液两相流特性改变, 从而对性能造成不同的影响. 目前仍缺少燃料电池在超重力与长期微重力下的实验数据以及再生燃料电池的非常规重力实验数据. 非常规重力条件下的燃料电池和电解池实验不仅有助于促进流体物理与热物理学与电化学之间的学科交叉, 还将为空间再生燃料电池系统的研发提供数据依据.
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(818) HTML全文(246) PDF 5881KB(65)
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 0254-6124       CN 11-1783/V

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