空间科学学报

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张天, 唐红, 贺怀宇, 李雄耀, 周传娇, 刘建忠

, doi: 10.11728/cjss2022-0069

摘要(13) PDF 2775KB(6)

摘要:
月球水冰作为月球的重要资源，开展月球水冰资源综合利用技术的研究是确保月球科研站以及月球基地建设和运行的基础。综合调研国际上月球极区水冰探测和研究的成果，阐述了月球水冰的赋存状态与分布特征，详细介绍了月球水冰资源在开采提取、分离纯化、储存利用等环节的技术方案及其优缺点。结合我国未来月球科研站建设规划以及美国的Artemis计划，评选了适宜开展月球水冰资源综合利用的地区和技术方案，以期为我国月球极区水冰开发利用方案提供重要参考。

充液挠性航天器姿态机动终端滑模控制

吴涛涛, 宋晓娟, 吕书锋

, doi: 10.11728/cjss2022-0038

摘要(2) PDF 2714KB(0)

摘要:
本文对存在未知外界干扰、参数不确定问题的刚-液-柔多体耦合航天器姿态控制进行了研究。将液体燃料的晃动等效为球摆模型，挠性附件假设为欧拉-伯努利梁，运用拉格朗日方法建立航天器的动力学方程。设计干扰观测器，对系统的集总干扰进行补偿；然后在干扰观测器的基础上，设计一种模糊滑模控制律。在原有的终端滑模控制基础上采用模糊控制对切换增益进行改进，来达到抑制系统抖动的目的。数值仿真结果表明：设计的复合控制器可行且有效。

月面原位水资源获取技术综述与展望

张鹏, 刘光辉, 刘欣, 张光, 郑海菠, 代巍, 王之, 牛冉, 薄正, 高铭

, doi: 10.11728/cjss2023-0006

摘要(9) PDF 1135KB(4)

摘要:
随着深空探测活动的持续推进，月球探测将是人类开展行星际探测、拓展生存疆域的第一步。而月球原位资源利用将是保障载人月球探测及月面长期驻留的关键技术途径。随着月面勘探技术和月面原位资源利用技术的不断进步，目前各航天大国都针对月面原位水获取技术开展持续研究，我国也将月面原位水获取方案列为月球探测任务的关键技术之一。月面原位水获取方案主要分为极区水冰勘探开采和月壤氢还原制水两种技术途径。现有勘探到的水冰资源主要位于月球极区，分布不均匀，开采难度大。目前人们提出了多种不同类型的极区水冰勘探开采方案，但实际效果有待月面原位试验验证。月壤加氢还原制水技术方案工作条件不受区域限制，应用范围较广，但仍存在反应条件要求高、能耗大等技术限制，未来需在节能和有效成分富集等方面有所突破。

基于XGBoost的空间高温材料实验炉温度控制系统建模

任俊竹, 肖志刚, 于强

, doi: 10.11728/cjss2022-0061

摘要(7) PDF 474KB(1)

摘要:
为确保高温材料科学实验柜科学实验系统能够成功地进行空间材料科学实验，在空间进行高温材料科学实验的时候要求其温度稳定在±0.25℃范围内，即温控稳定度小于万分之二。面对如此之高的温度稳定度要求，本文提出一个新的解决方案：在实验输入和输出数据的基础上，确定一个与高温炉内部等价模型，为获得满足实验要求的控制参数提供依据。本文将高温炉内部看作黑盒模型，基于XGBoost方法分别对四类样品实验的高温炉内部温区2和温区3进行建模，模型精确度全部可达到99.98%以上。与传递函数和状态空间法的传统建模方式相对比，在传统方法表现最好的情况下，模型精度仍提高了0.039，为精准控制高温炉温度提供了重要支持。

太阳活动下降年昆明地区TEC 变化特征与IRI-2020模拟比较分析

刘国其, 李昊昱, 解朝娣, 刘本玉, 刘瑾, 李祥, 刘魁, 李昊桐

, doi: 10.11728/cjss2022-0066

摘要(2) PDF 558KB(1)

摘要:
利用昆明低纬度测站（24.7°N, 102.9°E）2016-219年的观测数据和最新版的国际参考电离层（IRI-2020）模拟结果，对昆明地区电离层总电子含量（TEC）在太阳活动下降年期间的变化特征及与模型输出进行对比研究. 结果表明: 昆明TEC存在明显的春秋高值、夏冬低值的半年异常；白天高值、夜间低值的日变化特点突出，日峰值出现在6.5-8UT(约13-15 LT)之间；TEC随太阳活动减弱而明显下降，其年平均峰值在2016-2019年分别为48、33、27、24TECu. 日峰值TEC与F10.7存在显著相关，月均值相关系数达到0.86，而与Ap指数则表现为弱相关；IRI-2020能较好模拟出昆明地区TEC的季节变化，但输出值与观测值存在较大差异，在白天表现为高估状态，夜间时段则相反；模型预测与真值的方均根偏差值多集中在2-15TECu之间，相对偏差百分比值主要在-85%至50%范围变化；对比结果表明了IRI-2020的预测精度仍有待提高.

微重力下火箭推进系统液氧贮箱内气泡脱离半径研究

李文韬, 黄文昊, 梁国柱

, doi: 10.11728/cjss2023-0003

摘要(5) PDF 1260KB(0)

摘要:
研究微重力下液氧贮箱内气泡脱离半径是运载火箭推进系统推进剂在轨沸腾与换热计算的基础。与常重力和低重力环境不同，微重力下Marangoni效应变得突出。为了求解气泡脱离半径，首先，建立了包含浮力、惯性力、压差力、表面张力、粘性阻力和Marangoni力的气泡动力学模型。然后，针对现有Marangoni力计算公式适用范围狭窄的问题，依托数值仿真方法，拟合得到了更精确的修正因子计算公式，进而扩充了Marangoni力计算模型的适用范围。最后使用运载火箭液氧贮箱常规工作压力0.3MPa下的饱和液氧物性参数，计算得到气泡所受合力随半径的变化关系以及气泡脱离半径随重力的变化关系。结果表明，气泡的脱离行为可以由微重力区、过渡区和低重力区三个区域来划分。微重力区内可以形成厘米级甚至米级的大气泡，而低重力区内只能形成0.1毫米级的小气泡。相比于之前的模型，本文的模型可以同时适用于三个区，更全面地揭示了微重力下液氧贮箱内的气泡脱离特性，可以为液氧贮箱换热特性分析提供理论支撑。

基于改进组合机器学习的卫星遥测参数预测

姜改新, 刘玉荣

, doi: 10.11728/cjss2022-0057

摘要(13) PDF 1242KB(7)

摘要:

由于卫星受到复杂空间环境以及卫星自身的影响，在轨异常和故障时有发生。地面系统通过卫星遥测参数序列预测未来航天器性能的变化趋势，对保障卫星的安全运行非常必要。针对卫星遥测参数序列具有趋势性和局部波动性以及易受到相关环境因素影响的特点，本文提出了基于改进LSTM-Attention 的预测模型，使用全局模型和局部模型分别获取遥测参数序列的趋势成分和局部波动成分，且利用对预测目标序列有影响的协变量使模型学习到更多的序列信息，提高了预测精度。此模型既可以对遥测参数序列提供点预测，又可以提供区间预测的结果。采用科学卫星真实遥测参数数据集和时间序列公开数据集进行实验验证，结果表明，该方法相比改进前算法取得了良好的效果。

时变体数据传输函数设计及其在行星际数值模拟结果可视化的应用

祝艳, 钟鼎坤

, doi: 10.11728/cjss2022-0011

摘要(75) PDF 1194KB(58)

摘要:
了解太阳风暴行星际传播过程是空间环境预报和服务的基础，数值模型结果可视化是分析传播动力学过程及验证模型有效性的重要方法。为便于模型结果可视化分析，本文提出一种针对时变数据体绘制的传输函数设计算法(Time-varying Volume data Transfer Function，TVTF)。该算法基于KNN(K-Nearest Neighbors，KNN)背景差分法提取运动区域的图像及三维子集，然后利用频率调谐(Frequency Tuned，FT)显著性算法在运动区域图像中检测日冕物质抛射(Coronal mass ejection，CME)，并根据CME检测结果设计颜色反映射算法查找CME与背景的分界阈值，最后基于阈值自适应调整传输函数实现各时间步运动区域中CME的快速三维可视化。实验结果表明，该算法能够适应静态及动态背景下CME的数值模型结果，相对于常用线性传输函数有效避免了视线方向的遮挡，直观自动地展示了相对动量的变化，示踪行星际空间中CME的演化过程，局部区域的提取降低了数据冗余，借助算法自动分析数据自适应调整传输函数过程避免了人工调整的低效性。

超低轨道飞行器的技术难点及研究进展

黄劲

, doi: 10.11728/cjss2022-0010

摘要(142) PDF 1598KB(26)

摘要:
超低轨道飞行器在军用、遥感、科学研究等领域有着广泛的应用需求，已经成为各国的热门研究领域。由于超低轨的特殊空间环境，从而需要面临和解决众多技术难点，主要集中在大气环境预测、气动力、气动热等方面。本文介绍了典型的超低轨飞行器任务，主要的大气模型及反演方法，超低轨飞行器气动设计及在气动干扰下的稳定控制方法，气动防热材料及防热散热可变切换技术。本综述有助于推动超低轨道卫星关键技术攻关和试验论证，将超低轨飞行器从试验任务尽快转向空间应用任务。

火星探测器行星际转移段定轨分析

段建锋, 张宇, 孔静, 陈明, 李翠兰

, doi: 10.11728/cjss2022-0008

摘要(54) PDF 859KB(7)

摘要:
天问一号是我国第一次实现地火转移行星际飞行的探测器，在长达6.5个月的行星际转移飞行期间，经历了4次中途修正及1次深空机动控制。本文对深空探测期间的动力学模型进行了分析，制定了转移飞行期间积分中心转换原则，需要在出地球影响球后，积分中心更换为日心；对行星星历表的使用进行了分析，确定了使用DE436历表进行计算对定轨影响最小，制定了一种基于逐日迭代定轨策略的精度评估方法。基于实测数据分析表明，火星探测器行星际转移段定轨位置误差优于2km，速度误差优于20mm/s(1σ)。

中高层大气风场对地磁活动的响应特征

刘晋芳, 姜国英, 徐寄遥, 朱亚军

, doi: 10.11728/cjss2022-0016

摘要(86) PDF 1710KB(32)

摘要:
本文利用漠河站、北京站、武汉站流星雷达观测到的中间层—低热层大气风场数据，分析研究了在2012-2018年地磁活动期间80-100公里高度大气的纬向风与经向风对地磁活动的响应特征。统计研究2012-2018年的风场数据，比较了在地磁平静期（Kp ≤ 2）和地磁扰动期（Kp ≥ 4）的日平均纬向风与经向风数据，得到在地磁活动期风场的变化特征，研究结果表明在地磁扰动时风场变化具有季节差异，并且在不同的纬度表现不同。对于纬向风，地磁活动在较高纬度地区更倾向于表现为中间层西风增强，低热层东风增强，其对纬向风的影响大约在3 m/s的量级，而对于纬度较低地区，在80-100 公里大气区域倾向于表现为东风增强，影响约在5 m/s量级左右。在春季地磁活动对纬向风的影响没有纬度差异，在夏/冬季随着纬度的降低中间层东风增强明显。地磁活动对经向风的影响具有季节差异，对春冬季节的影响强于夏秋季节，在冬季，对中低纬地区经向风的影响强于高纬地区。从计算结果来看对纬向风影响约在5 m/s到10 m/s量级，对经向风的影响大约在3 m/s到5 m/s的量级。地磁活动对中性大气风场的影响可以达到80公里，在这一高度，地磁活动对纬向风的影响在春季最强，达到8 m/s，对经向风的影响在春冬季节最强，达到5 m/s。

基于X射线掩星探测反演行星大气密度的方法和现状

余道淳, 李海涛, 李保权, 刘亚宁

, doi: 10.11728/cjss2022-0027

摘要(57) PDF 592KB(21)

摘要:
X射线掩星是一种常见的天文现象，基于X射线掩星探测的大气密度反演新技术通过处理高能X射线天体辐射源的掩星观测数据实现大气密度的反演，是一种涉及学科交叉的新方法。本文在简要介绍X射线掩星探测应用需求的基础上，重点对基于X射线掩星反演大气密度新技术进行分析和论证，主要介绍了X射线掩星探测反演大气密度的国内外研究进展和研究方法，并对基于X射线掩星反演大气密度的优点进行分析和讨论，最后对X射线掩星探测的应用场景进行展望。

紫外极光图像用于极光电集流指数预测的研究

田馨沁, 肖晖

, doi: 10.11728/cjss2022-0033

摘要(20) PDF 1436KB(3)

摘要:
针对传统极光电集流（AE）指数预测模型输入数据观测难度大，获取成本高，时间尺度不一的问题，本文提出了一种基于紫外极光图像的极光电集流指数预测模型。以Polar卫星的紫外极光图像作为预测模型的数据基础，采用网格化特征提取方法提取极光强度的经纬度分布特征，并借助广义回归神经网络实现了对AE指数的预测。基于对极光电集流体系与极光强度空间分布的相互关系研究，本文进一步挖掘了极光强度的地磁经纬度分布特征对AE指数的贡献。预测模型的实验结果表明，以极光图像数据来预测AE指数的方法是可行的，且与传统的预测模型相比，本文模型在均方根误差RMSE，平均相对方差ARV和决定系数R²的评价标准上均优于传统预测模型。

增强太阳图像的图像特征提取与匹配算法在空间天气领域的研究与应用

王睿, 包黎莉, 蔡燕霞

, doi: 10.11728/cjss2022-0064

摘要(36) PDF 1446KB(3)

摘要:
本文以增强太阳图像为例，探索了尺度不变特征变换算法、加速稳健特征算法、二进制鲁棒不变可伸缩关键点算法、快速特征点提取与描述算法这四种增强现实中典型的图像特征提取与匹配算法在空间天气领域的适用性。本文从匹配准确率、特征点丰富度和运行时间三个维度进行实验分析。实验表明四个算法中没有任何一个算法能够满足在运行时间少的同时保证较高准确率的要求，且无一算法适用于增强太阳图像的图像特征提取与匹配。为解决该问题，本文采用两帧法，将尺度不变特征变换算法的高准确率和快速特征点提取与描述算法的低运行时间相结合，提出了一个改进的方法。本文进一步将本文提出的方法与四个典型的图像特征提取与匹配算法应用于增强太阳图像中。最终应用实验的结果表明，本文提出的方法能够达到与尺度不变特征变换算法相近的识别率，且明显高于其他算法；本文提出的方法能够保持与快速特征点提取与描述算法相近的运行时间，且明显低于其他算法。

载人空间探索环境中固体材料可燃特性研究进展与态势

王双峰, 吴传嘉

, doi: 10.11728/cjss2022-0049

摘要(48) PDF 3199KB(13)

摘要:
掌握固体材料在空间特定使用环境中的可燃特性，是保障载人航天器防火安全的重要前提，相关需求构成了微重力燃烧研究的主要推动力之一。近年来，固体材料燃烧及相应的载人航天器防火问题得到了各航天大国的持续关注，新一轮研究热潮正在形成，研究工作表现出新的特点和发展态势。本文综述约十年来微重力固体材料燃烧的研究进展和最新成果，对该研究方向的发展趋势进行分析，对未来研究提出建议，以期为后续进一步发展提供参考。

微重力下低温液氪贮箱热力学特性研究

李文, 陈叔平, 朱鸣, 王鑫, 董超, 刘凯

, doi: 10.11728/cjss2022-0040

摘要(27) PDF 1656KB(4)

摘要:
在轨滑行阶段液氪贮箱长期处于微重力环境，其内部传热和相变过程对大轨道转移飞行器贮供单元的工作性能有重要影响。建立了微重力液氪贮箱CFD模型，采用VOF法及Lee气液相变理论，研究了重力水平、初始液氪温度、初始充满率对微重力下液氪贮箱热分层及压力变化的影响。结果表明：常重力g₀下贮箱的压升率分别为10^-4g₀、10-⁵g₀、10^-6g₀的1.843倍、1.98倍、2.04倍，微重力下温度分层程度（2-3K）远低于常重力（90K）；不同初始液氪温度下贮箱压力随时间呈先降低后升高的变化趋势，且初始液氪温度越低，贮箱压升率越小；微重力下液氪贮箱存在临界初始充满率，当初始充满率Ф>70%时贮箱压升率随初始充满率的升高而增大，当Ф<70%时贮箱压升率随初始充满率的升高而减小。

基于参数自适应优化聚类的卫星状态异常检测方法

赵玉炜, 苏举

, doi: 10.11728/cjss2022-0054

摘要(59) PDF 772KB(14)

摘要:
实时监测卫星状态、进行异常检测，有利于保障卫星安全稳定运行。聚类分析已在许多工程异常检测问题中证明有效，但聚类质量对参数高度敏感，目前还没有便捷的参数选择方法。为实现聚类参数的自适应选择，本文将参数调整视为一个单目标优化问题，并引入智能优化算法进行求解。据此，将基于层次的聚类算法 BIRCH 和改进的联合多算子进化算法 UMOEAs-II 结合，提出了 UMOEAsII_BIRCH 算法。在某空间科学卫星真实数据的基础上，模拟含有点异常的遥测数据，经预处理后用于异常检测效果测试。选取传统聚类算法 K-Means , MeanShift , OPTICS , DBSCAN , BIRCH 和本文提出的算法进行实验，对比异常检测的精确率、召回率、F1-score 和假阳率。结果证明 UMOEAsII_BIRCH 算法异常检测效果优于其它算法，F1-score 可达到 0.861017 。同时，对比网格搜索，提出的算法需要较少的人工干预，实现了最优聚类参数的自动选择，符合改进预期。

2016HO3探测任务中星载光学观测量建模及定轨分析

黄皓, 刘山洪, 曹建峰, 李勰, 高健

, doi: 10.11728/cjss2022-0026

摘要(35) PDF 1123KB(5)

摘要:
本文以我国首次小行星探测任务为背景，根据星载相机获取的光学影像构造出三种观测量，全面分析了其在探测器定轨中的贡献。首先建立了小行星探测器动力学模型，根据小行星及探测器相对位置确定了观测纲要，在此基础上再进行仿真观测。定轨实验结果表明：观测时长为100小时，探测器三轴位置误差小于50km，可满足工程上对巡航段轨道精度要求，但X和Y方向的位置和速度分量具有较强自相关性。同时，还发现单一观测类型数据比联合观测量的定轨精度低3~4个量级，第三类观测值相对于其它两类观测量在定轨精度方面有显著贡献，这表明在2016HO3任务中利用太阳系大天体的位置信息更有助于约束探测器轨道。本文将为我国未来小行星探测任务提供一定参考。

一种FPGA实现的序列图像目标多维特征实时提取方法

冯水春, 孟新

, doi: 10.11728/cjss2022-0014

摘要(105) PDF 2839KB(69)

摘要:
目标区域多维特征的建模表征是实现目标跟踪搜索的前提。传统的特征提取先连通出目标区域，再计算目标特征，实时性不强。提出了一种基于像素连通域标记及目标特征同步计算的方法，目标区域连通完成即可输出目标特征。该方法建立了特征传递机制，在扫描图像时同步建立标号表、标号映射表与特征属性表，利用标号映射表关联了标号表与特征属性表。区域邻接时进行标号合并和特征属性同步传递计算，保证了目标特征提取的实时性。给出一种基于FPGA硬件设计的实现方案。仿真测试结果显示，此方法具有几项突出的特点：连通域标记耗时接近理论最小值；利用循环缓存区存储图像，资源消耗小；标记与计算并行流水处理，提升检测跟踪效率；多目标特征经测试验证结果准确，可有效支持后续的目标跟踪检测；具有理论与实用价值。

BDSBAS性能评估分析

刘瑞华, 耿海潮, 刘亮

, doi: 10.11728/cjss2022-0039

摘要(45) PDF 1402KB(10)

摘要:
星基增强是支持民航航路运行和终端区运行的重要手段，为验证北斗星基增强系统（BeiDou Satellite-Based Augmentation System，BDSBAS）是否符合国际民用航空组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）空间信号性能要求，对其进行评估分析。本文以实际广播星历、精密星历和BDSBAS增强报文为实验数据，通过计算BDSBAS轨道误差、卫星钟差、空间信号测距误差(Signal in Space Range Error，SISRE)和BDSBAS格网电离层有效点、播发时间和电离层延迟误差6个指标,评估分析了BDSBAS的性能。结果显示：BDSBAS增强后的GPS卫星轨道误差、卫星钟差和空间信号测距误差相比增强前均有改善；BDSBAS格网电离层有效点覆盖了中国及周边地区；电离层延迟播发间隔达到ICAO对精确差分定位的要求；电离层延迟在0°到15°N范围内误差较大，可信度较差，在20°N-55°N范围内误差较小，可信度较好。

不同气氛热冲击下Al:WS₂薄膜摩擦学性能的响应机理

刘建, 剡珍, 郝俊英, 刘维民

, doi: 10.11728/cjss2022-0037

摘要(31) PDF 1169KB(6)

摘要:
采用磁控溅射技术制备了Al: WS₂薄膜。为考察不同气氛热冲击下Al: WS₂薄膜摩擦学性能的响应机理，采用自行研制的温度交变真空摩擦试验机开展了真空、氮气及氧气气氛的-100~+250℃的热冲击试验，并对热冲击后Al: WS₂薄膜结构、成分以及摩擦学性能进行了研究。研究发现，热冲击后，Al: WS₂薄膜柱状晶长大， S含量减少，部分WS₂被氧化为WO₃，薄膜硬度增加。经真空和氧气热冲击，Al: WS₂薄膜摩擦学性能变差。然而，经氮气热冲击后，在Al: WS₂薄膜表面出现WO₃，并掺入晶体结构，导致层间尺寸的增大，使得摩擦系数降低，由于表面生成的一层WO₃的阻碍作用，薄膜寿命延长，因此，氮气热冲击使Al: WS₂薄膜摩擦学性能得以提升。

2014年3月30日我国上空夜间电离层等离子体泡群的演化过程多设备观测研究

吴坤, 徐寄遥, 袁韡

, doi: 10.11728/cjss2022-0030

摘要(50) PDF 2033KB(10)

摘要:
利用子午工程海南富克观测站(19.5°N, 109.1°E)全天空气辉成像仪630 nm波段的气辉图像、VHF雷达的观测数据、三亚观测站(18.4°N, 109.6°E)数字测高仪以及C/NOFS卫星的观测数据，对2014年03月30-31日出现在我国上空的电离层等离子体泡事件进行了研究分析。详细分析了该事件中电离层等离子体泡的形态结构特征以及演化过程，研究结果表明，当天夜间观测到一个电离层等离子体泡群，大约有9个电离层等离子体泡组成。这些电离层等离子体泡发生在日落后，且一直持续到午夜之后，持续时间大约为8小时（~20: 15 LT - ~ 04: 15 LT）。这些电离层等离子体泡在演化过程中自西向东运动，其南北向最大尺度超过了1200 km，等离子体泡群东西向绵延超过2900 km。此外发现电离层等离子体泡（b5和b6）在演化过程中，两个电离层等离子体泡部分结构相融在了一起。在电离层等离子体泡被全天空气辉成像仪观测到的同时，数字测高仪及VHF雷达也分别观测到相应的扩展F及羽毛状电离层不规则结构。同时，C/NOFS卫星也检测到明显的电子密度耗散区域。该电离层等离子体泡事件被地基光学观测（全天空气辉成像仪）、无线电探测（数据测高仪和VHF雷达）及C/NOFS卫星同时观测到。

祝融号火星车科学探测模式设计与验证

王连国, 朱岩, 张宝明, 沈卫华, 李雪, 薛彬, 李玉喜, 徐卫明, 孙树全, 蔡治国, 王蔚

, doi: 10.11728/cjss2022-0022

摘要(58) PDF 1322KB(10)

摘要:
受通信能力低、能源不足等限制，火星车有效载荷科学探测需提高探测效率，以有限资源获取尽可能多的有效探测数据。根据火星车行驶时载荷探测和火星车停止时定点就位载荷探测两个主要工况，针对性设计了高效载荷探测模式。该探测模式与基于工作模式表的自主探测控制方式相结合，解决了资源受限情况下的多载荷协同探测难题。火星车有效载荷系统圆满完成了预期探测任务，设计的科学探测模式全部经过了在轨验证。结果表明这些模式设计合理、有效，满足安全、自主、高效地开展科学探测的需求。

An Improved HVQ Algorithm for Compression and Rendering of Space Environment Volume Data with Multi-variables

包黎莉, 蔡燕霞, 王睿, 邹业楠, 师立勤

, doi: 10.11728/cjss2022-0020

摘要(68) PDF 623KB(2)

摘要:
Space environment simulation can produce several correlated variables at the same time. For space environment volume data with multi-correlated variables, based on HVQ-1d method we propose a further improved HVQ method by compositing variable-specific levels to reduce the redundant information among these variables. We further take advantage of progressive rendering based on GPU for real-time interactive visualization. The results of our experiments prove that the method proposed in this paper can pays the least cost of quality at compression and provides satisficed fidelity while ensuring interactive rendering speed in space environment domain. The proposed method can also be applied in other domains.

夜间135.6nm气辉反演的电离层foF2与测高仪观测的比较研究

薛仕翔, 姜春华, 马征征, 徐彬, 丁广兴, 杨国斌, 张援农, 赵正予

, doi: 10.11728/cjss2022-0018

摘要(67) PDF 849KB(53)

摘要:
在夜间电离层，气辉135.6nm谱线主要由F层的和电子的辐射复合过程以及和的中性复合过程激发，该谱线强度和电离层峰值电子密度NmF2存在很强的相关性。本文利用夜气辉135.6nm辐射强度与F2层峰值电子密度NmF2的平方成正比的物理模型，建立了在不同经纬度、地方时、季节和太阳活动下均适用的反演算法。通过DMSP卫星上搭载的紫外光谱成像仪（SSUSI）实际观测的135.6nm气辉辐射强度来反演相应时空的电离层F2层临界频率foF2，并将其与地基测高仪探测结果做了综合对比。结果表明在太阳活动高年（2013年），相对误差小于等于20%的数据占比92.99%，平均相对误差约为7.18%；在太阳活动低年（2017年），相对误差小于等于20%的数据占比80.76%，平均相对误差约为13.02%。最后对该算法在太阳活动高低年的反演精度差异进行了分析。

基于Bi-LSTM及贝叶斯似然比检验联合的认知卫星通信频谱感知算法

杨凯, 胡圣波, 张欣

, doi: 10.11728/cjss2022-0017

摘要(118) PDF 784KB(84)

摘要:
随着LEO巨型卫星星座投入运营，可用的频谱资源变得更加稀缺，为了改善频谱利用率，GEO中继卫星和LEO卫星组成的认知卫星通信技术成为了解决该问题的首选。认知卫星通信场景中，最为关键一步则是用于快速判断主用户是否存在的频谱感知技术。然而，当前的频谱感知算法以模型驱动为主，但模型驱动算法的感知性能过于依赖预先假设的统计模型，这使得其在多变的卫星通信场景的部署变得困难。本文首先对LEO卫星过境期间的信噪比波动情况进行了分析，其次针对此多变的信道环境提出了一个基于双向长短期记忆网络及贝叶斯似然比检验联合的频谱感知算法。该算法不需要任何PU信号的先验知识，可自动从PU信号数据中学习特征信息并做出决策。仿真结果表明，所提算法在信噪比为-14dB的情况下，依旧能达到83%的检测性能，且始终优于卷积神经网络、多层感知机和基于模型驱动的能量检测算法。

基于最优估计法的瑞利激光雷达反演大气温度研究

王煜, 张献中, 吴同, 张益健, 孙悦, 李世杰, 李欣岐, 钟凯, 闫召爱, 徐德刚, 姚建铨

, doi: 10.11728/cjss2022-0035

摘要(45) PDF 1846KB(21)

摘要:
本研究基于瑞利散射激光雷达对中层大气的回波光子信号，应用最优估计法，对大气温度廓线进行了反演。利用瑞利散射激光雷达方程构建正向模型，根据光电探测器的泊松计数特性来确定测量信号的协方差矩阵，选定大气模型的温度廓线作为先验状态信息，在此基础上确定成本函数，最后利用Levenberg-Marquardt最优化算法对成本函数执行最优化处理。利用平均核矩阵来评估真实信息对反演结果的贡献占比，并对反演结果的不确定度进行了计算。结果证明，正向模型可以正确地描述瑞利散射激光雷达探测大气的真实物理过程。在回波光子信号信噪比高的区域，真实信息对反演结果占主要贡献，且垂直分辨率小。在90km以下的高度范围内反演温度的不确定度在0~10K之间。

基于宇航级FPGA的YOLOv5s网络模型硬件加速

蒋康宁, 周海, 卞春江, 汪伶

, doi: 10.11728/cjss2022-0044

摘要(45) PDF 675KB(8)

摘要:
随着我国遥感工程技术的高速发展，遥感图像数据的获取量剧增，图像背景的复杂度也日益提高，然而传统的遥感图像目标检测算法精确度低下且泛化能力较弱，对遥感图像处理的精确性逐渐难以满足要求，针对这一难题提出了一种基于宇航级FPGA的用于卷积神经网络前向推断加速的处理架构，并选用YOLOv5s网络模型作为基准算法进行处理架构的设计。由于YOLOv5s主体上是由大量的卷积层构成，因此该加速器架构设计的重心位于卷积层，在架构的设计上采用了输入通道和输出通道并行展开以及数据流水线控制的优化策略，有效提高了推理阶段的实时处理性能。实验结果表明，在使用该处理架构加速YOLOv5s的推理阶段时，卷积模块的工作频率可以达到200MHz，其运算性能高达394.4GOP/s，FPGA的功耗为14.662W, DSP计算矩阵的平均计算效率高达96.29%，说明在资源和功耗受限的星上平台中使用FPGA对卷积神经网络进行硬件加速具有显著的优势。

基于迁移学习的太空台风自动识别

夏凯, 邢赞扬, 张清和, 王艳玲, 杨秋菊, 陆盛, 刘振平

, doi: 10.11728/cjss2022-0031

摘要(44) PDF 1461KB(6)

摘要:
太空台风是极盖区内的一种亮斑状极光结构，直观表征了地磁平静期的一种堪比磁暴的太阳风能量注入现象，因此如何从海量星载极光数据中准确髙效识别出太空台风事件具有重要的科学意义。本文基于EfficientNetB2和迁移学习提出了一种太空台风自动识别模型，在2005-2021年DMSP/SSUSI观测数据中验证了该模型的有效性，识别准确率达到97.8%。研究结果表明，该方法可用于从海量星载极光观测数据中自动识别太空台风事件。

ASO-S卫星HXI调制定标装置设计与验证

陈灯意, 张哲, 胡一鸣, 江贤恺

, doi: 10.11728/cjss2022-0013

摘要(72) PDF 1486KB(54)

摘要:
先进天基太阳天文台卫星（简称ASO-S）是中国首颗综合性太阳观测任务，计划于2022年秋季发射。太阳硬X射线成像仪（简称HXI）是ASO-S卫星三大载荷之一，主要负责太阳耀斑观测。HXI采用阵列空间调制间接成像方法，共计包含91个子准直器探测单元。作为空间科学仪器，在地面完成定标是必要的，HXI地面定标包含准直器调制功能定标与量能器探测单元定标，难点在于准直器的定标。本文重点介绍了HXI研制过程中为准直器地面定标所研制的X射线束流调制定标装置；随后利用该装置对HXI所有子准直器完成地面调制功能定标。标定试验结果与预期相符，充分证明了准直器的优良性能，为其在轨正常工作和后期科学数据处理提供调制参数参考，试验结果也确证了X射线束流定标装置的优良性能。

基于佳木斯雷达与北海道东雷达观测的F层不规则体回波发生率研究

王玮, 张佼佼, 王赤, 阎敬业, 蓝爱兰, 邓翔

, doi: 10.11728/cjss2022-0028

摘要(68) PDF 1071KB(15)

摘要:
本文利用佳木斯和北海道东高频相干散射雷达的观测数据，统计研究了在2018年3月至2019年11月期间两雷达观测到的F层高度的不规则体回波信号发生率的分布特征，并进行了对比分析。研究比较了在地磁平静期（Kp<3）和地磁扰动期（Kp>3）的不规则体回波发生率变化特征，分析了回波发生率在昏侧与晨侧增强的现象和纬度变化特征。昏侧回波发生率增强现象在45º-64º MLAT范围内普遍存在，其中55º-64º MLAT的回波发生率在地磁扰动期明显增强。而晨侧回波发生率增强现象主要分布在45º-54º MLAT的地区，除了秋季外，地磁扰动的增强对其影响较弱。中纬日侧回波发生率受地磁活动影响较小。

基于贝叶斯证据的全球地磁场模型主磁场阶数分析研究

马森, 马嘉卉, 佟继周, 李云龙

, doi: 10.11728/cjss2022-0009

摘要(60) PDF 604KB(60)

摘要:
本文使用贝叶斯推理对全球主磁场模型进行比较，依据贝叶斯证据比较数据偏好的模型阶数，为主磁场的阶数选择提供一种统计依据。利用Swarm卫星磁测数据，估计不同阶数主磁场模型的证据，结果表明在0-20的主磁场阶数中，阶数N=12具有全局最佳证据，参照Jefrrey’s scale给出的阈值区间，数据对阶数N=12的偏好显著的优于其它阶数，并且该结果与14阶球谐函数的功率谱分析相匹配。

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