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2013年  第33卷  第5期

日球层物理和太阳系探测
木星磁层熵参量的计算与分析
卢斌, 陈出新
2013, 33(5): 465-472. doi: 10.11728/cjss2013.05.465
摘要:
空间等离子体熵的不守恒可能来自于磁场位形改变和非绝热过程.熵参量PV5/3被广泛应用于分析地球磁层等离子体片中的输运问题,其中,P为压力,V为单位磁通量管的体积.通过熵参量的分布和变化可以判断磁层的稳定性及揭示磁层中的动力学过程.本文利用地球磁层中熵参量的分析应用,计算了木星稳态磁层模型中磁通量管的熵参量分布.从5Rj(Rj为木星半径)到55Rj,熵参量增加了4个量级,55Rj之后有所下降,表明所用磁层模型在55Rj之外已经不稳定.同时,假想磁场重联后的单位磁通量管的熵参量分布表明,赤道面中远磁尾的磁场重联是由尾向输运的磁力线管拉伸断裂重联引起的.
以太阳风为源水分子在月球空间环境中的分布特征
陈婷, 赵华, 张艺腾, 李磊
2013, 33(5): 473-479. doi: 10.11728/cjss2013.05.473
摘要:
近年来,越来越多的观测结果均显示月球上存在水.本文通过运用Monte-Carlo方法及基于能量守恒的有心力场中粒子轨道算法对水分子在近月表的输运过程进行建模,得到了水分子在近月表分布随时间演化的图像.模拟结果显示,分布在高纬地区的水分子较同经度的中低纬地区要多,这与目前探测得到的结论是一致的.同时,对最终进入永久阴影区的水分子的百分比进行了统计,在光解离常数为6.4×104s的情况下,有大约4.12%的水分子会被永久阴影区存储下来,这个比例与前人估算结果相吻合.
中等磁暴太阳周分布的统计研究
张咏, 乐贵明, 赵浩峰, 尹志强
2013, 33(5): 480-485. doi: 10.11728/cjss2013.05.480
摘要:
依据实际观测的中等磁暴数据,统计分析了中等磁暴的太阳周分布.分析结果表明,在一个太阳活动周内,每年中等磁暴随时间的变化出现多个峰值,其中,最大峰值均出现在太阳活动周的下降段,即中等磁暴的峰值比太阳黑子数平滑年均值的峰值要滞后,滞后的时间为2~3年.超过70%的中等磁暴出现在太阳活动周的下降段,这表明绝大多数中等磁暴出现在太阳活动周的下降段.通过对中等磁暴平滑月均值与太阳黑子数平滑月均值相位差的计算分析发现,中等磁暴峰值出现的时间比太阳黑子数峰值出现的时间要滞后,不同太阳活动周中等磁暴峰值出现的时间与太阳黑子数峰值时间滞后的程度不同.
电离层等效电流体系对行星际激波的响应研究
张青梅, 孙天然, 张佼佼, 李传起, 王赤
2013, 33(5): 486-493. doi: 10.11728/cjss2013.05.486
摘要:
行星际激波是导致地球磁层-电离层系统发生扰动的重要原因之一,其可以通过对磁层-电离层系统电流体系的改变来影响地磁变化.本文采用全球三维磁流体力学数值模拟方法,分析了行星际激波作用下电离层等效电流体系的即时响应.模拟结果表明,在激波作用下伴随着异常场向电流对的产生,电离层在午前午后出现一对反向的等效电流涡.这对涡旋一边向极侧和夜侧运动,一边经历强度增强和减弱直至消失的过程.激波过后等效电流体系图像逐渐演化为激波下游行星际条件控制的典型图像.这个响应过程与行星际激波强度有关,激波强度越强,则反向的等效电流涡旋强度越大,寿命也就越短.
Response of the Ionospheric F2-region Over Irkutsk and Hainan to Strong Geomagnetic Storms
E B Romanova, G A Zherebtsov, K G Ratovsky, N M Polekh, J K Shi, X Wang, G J Wang
2013, 33(5): 494-500. doi: 10.11728/cjss2013.05.494
摘要:
The ionospheric responses to two strong storms on 17-19 August 2003 and 22-23 January 2004 are studied, using the data from Irkutsk (52.5°N, 104°E) and Hainan (19.5°N, 109°E) ionospheric stations. The analysis of variations in relative deviations of the critical frequency Δf0F2 revealed that at middle latitudes (Irkutsk) negative disturbances were observed in the summer ionosphere; positive and negative ones, in the winter ionosphere during the main and recovery phases respectively. At low latitudes (Hainan), the disturbances were positive in all the cases considered. Mechanisms of the disturbances were analyzed with the aid of empirical models of the neutral atmosphere NRLMSISE-00 and thermospheric wind HWM07. The main factors determining Δf0F2 variations at middle latitudes during the storms were demonstrated to be the disturbed equatorward thermospheric wind transporting the disturbed atmospheric composition, the increase in the atomic oxygen concentration, and the passage of internal gravity waves. At low latitudes, the effects associated with neutral composition variations are less significant than those of the thermospheric wind and electric fields.
低纬(海南)地区电离层偶发E层的潮汐类周期研究
王国军, 史建魁, 王霄
2013, 33(5): 501-508. doi: 10.11728/cjss2013.05.501
摘要:
基于低纬(海南)台站(19.5°N,109.1°E)电离层测高仪在2004年观测到的偶发E层(Es)临界频率(f0Es)和虚高(h'Es)数据,利用谱分析方法,给出了中国低纬地区Es层在全年和不同季节内的短周期变化特性.对全年数据谱分析表明,Es层除具有非常强的24h周期外,还具有显著的12h和8h周期.对不同季节内两个参数的谱分析进一步表明,8h周期主要出现在f0Es参数的春秋分季和夏末及在h'Es参数的几乎所有季节;6h周期主要出现在f0Es参数的11-12月.海南低纬Es层中具有显著的6h和8h周期特性,特别是这两个周期还能同时出现在冬季,这是以往研究中不曾发现的新结果.初步分析认为,Es层的6h和8h周期极可能是分别由1/4日和1/3日潮汐所造成的.
NRLMSISE-00大气模型与GRACE和CHAMP卫星大气密度数据的对比分析
陈旭杏, 胡雄, 肖存英, 王西京
2013, 33(5): 509-517. doi: 10.11728/cjss2013.05.509
摘要:
利用GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)和CHAMP(Challenging Mini-Satellite Payload)卫星2002-2008年的大气密度数据与NRLMSISE-00大气模型密度结果进行比较,分析了模型密度误差及其特点.结果显示,NRLMSISE-00大气模型计算的密度值普遍偏大,其相对误差随经纬度变化,在高纬度相对较小;相对误差随地方时变化,在02:00LT和15:00LT左右较大,10:00LT和20:00LT左右较小.通过模型密度相对误差与太阳F10.7指数的对比分析发现,在太阳活动低年模型相对误差最大,而在太阳活动高年相对误差较小;将模型结果分别与GRACEA/B双星和CHAMP卫星的密度数据进行比较,发现对于轨道高度更高的GRACE卫星轨道,模型相对误差更大;在地磁平静期,相对误差与地磁ap指数(当前3h)相关性不强,但是在大磁暴发生时,误差急剧增大.
Removing Solar Radiation Based on the Empirical Mode Decomposition Method for Seismo-Ionospheric Anomaly Before the M9.0 Tohoku Earthquake
HU Yanli, XU Tong, WU Jian
2013, 33(5): 518-524. doi: 10.11728/cjss2013.05.518
摘要:
The ionospheric effect from solar activity can be seen as the background in the process of detecting the ionospheric precursor prior to strong earthquakes. The ionospheric variation induced by the forthcoming earthquake can be covered by the strong solar background during the period of high solar activity. The issue of how to remove the ionospheric effect from solar radiation is of outstanding significance. In this paper, a method of Empirical Mode Decomposition (EMD) is used to eliminate the solar background. As a case study, the global ionospheric map TEC before the M9.0 Tohoku earthquake on 11 March 2011 is analyzed. After the effect of solar radiation is removed using the EMD method, the precursor of the imminent earthquake is more obvious. The ionospheric anomaly had a local character and only appeared close to the earthquake epicenter while the useful signals were covered by the solar radiation background with traditional method, which implies that the EMD method is effective in eliminating solar radiation background.
探测与分析
Periodic Variations of Drag Coefficient for the ANDE Spherical Satellites During its Lifetime
QI Yalong, LI Huijun, XIANG Jie, MAN Haijun
2013, 33(5): 525-531. doi: 10.11728/cjss2013.05.525
摘要:
A drag coefficient (CD) inversion method is introduced to study the variations of the drag coefficient for orbital satellites with spherical geometry. Drag coefficients of the four micro satellites in the Atmospheric Neutral Density Experiment (ANDE) are compiled out with this new method. The Lomb-Scargle Periodgram (LSP) analysis of the four ANDE satellites' CD series has shown that there are obvious 5, 7, 9, and 27 days' period in those data. Interesting results are found through comparing the LSP analysis with series of the daily solar radio flux at 10.7 cm (F10.7 index), the Ap index, and the daily averaged solar wind speed at 1AU. All series in the same time interval have an obvious period of about 27 days, which has already been explained as the association with the 27 days' solar rotation. The oscillating periods less than 27 days are found in series of CD, Ap and solar wind speed at 1AU, e.g., the 5, 7, 9 days period. However, these short periods disappeared in the time series of F10.7 index. The same periodicities of 5, 7, 9 days in Ap and solar wind are presented at the same time interval during the declining phase of solar cycle 23. While in the ascending phase of solar cycle 24, these short oscillations are not so obvious as that in the declining phase of solar cycle 23. These results provide definite evidence that the CD variations with period of 5, 7 and 9 days are produced by a combination of space weather effects caused by the solar wind and geomagnetic activity.
基于嫦娥一号高能粒子数据的地球磁层屏蔽效应研究
王洁, 秦刚
2013, 33(5): 532-539. doi: 10.11728/cjss2013.05.532
摘要:
月球绕地球运行轨道约有1/4位于地球磁层内,因此,地球磁层是否会为月球轨道附近高能粒子提供足够的磁场屏蔽对于探索月球活动具有重要影响.嫦娥一号是中国首颗绕月人造卫星,其绕月飞行的工作轨道距离月球表面200km.通过对嫦娥一号高能粒子探测器(HPD)的探测数据进行分析,比较了当月球位于地球磁层内外6个不同能道(能量范围4~400MeV)时质子通量的变化,发现当月球位于地球磁层内时,这些能道的质子通量并没有发生显著减少,结果表明地球磁层不能为月球轨道附近高能粒子提供显著的磁屏蔽.
DS/FH测控系统抗干扰性能分析与测试
潘点飞, 程乃平, 郝建华
2013, 33(5): 540-547. doi: 10.11728/cjss2013.05.540
摘要:
为全面、有效衡量用于应急测控的直扩/跳扩(DS/FH)系统的综合抗干扰性能,采用最低性能指标约束法,对系统抗干扰性能进行综合分析.以音调干扰、脉冲干扰以及高动态环境为例,探讨了不同干扰条件对系统最低性能指标的影响.为解决最低性能指标约束下系统抗干扰性能测试步骤繁多、效率低、代价高的不足,采用蚁群算法,将指标测试次序建模为最佳路径选择问题.通过实例仿真验证了测试模型的正确性与有效性.该方法对DS/FH测试方案的选择具有指导意义.
空间对接机构碰撞试验系统的开发研究
韩伟, 黄奕勇, 张翔, 陈小前
2013, 33(5): 548-553. doi: 10.11728/cjss2013.05.548
摘要:
为研究空间对接机构在对接过程中的碰撞现象,研制了碰撞试验系统.探讨了试验系统方案;依据Hertz弹性接触理论,仿真计算了加速度频率特性,确定了加速度传感器的选择原则;利用该系统开展了低速碰撞试验.试验结果表明,该系统能够满足测量对接碰撞力的要求.
基于最小二乘估计的雷达系统误差卫星标定方法
钟霞, 张建伟, 于灏
2013, 33(5): 554-560. doi: 10.11728/cjss2013.05.554
摘要:
雷达系统误差标定对精密测量雷达系统精度具有重要作用.本文针对基于精轨卫星的雷达系统误差参数标定技术,建立误差参数解算数学模型,对关键算法的最小二乘估计进行分析推导,并对卫星标定技术实现进行了系统设计.采用本文算法,依据某雷达常规手段实测的系统误差参数项进行仿真及仿真结果分析.研究结果表明,基于最小二乘估计的方法在卫星标定技术中是可行的.
面向天文观测的空间科学卫星任务规划方法研究
吴海燕, 孟新, 张玉珠, 李立钢
2013, 33(5): 561-568. doi: 10.11728/cjss2013.05.561
摘要:
面向天文观测的空间科学卫星任务规划是一个复杂的多目标优化问题.通过对天文观测类卫星的任务规划要素及约束条件进行抽象,建立了面向天文观测的多目标任务规划问题模型,在此基础上设计了基于NSGA-II的多目标观测任务规划算法,并通过实例进行了实验及结果分析.研究表明,该方法能够有效解决天文观测类卫星不同规模的任务规划问题.
柔性空间机械臂系统的模糊滑模神经网络控制及柔性振动主动抑制
王宗源, 陈力
2013, 33(5): 569-576. doi: 10.11728/cjss2013.05.569
摘要:
研究了参数不确定漂浮基柔性空间机械臂关节空间的轨迹跟踪及柔性振动主动控制问题.运用虚拟力概念,生成能同时反映柔性振动和刚性运动的虚拟期望轨迹,设计了一种自适应非奇异Terminal滑模控制器来跟踪该虚拟期望轨迹,以实现载体姿态及关节稳定跟踪运动轨迹并对所产生的柔性振动进行主动抑制的控制目标.所设计的控制器结合了Terminal滑模控制快速收敛性,模糊小波神经网络优良的函数逼近特性及鲁棒技术处理逼近误差的优势,利用自适应算法在线自适应调节模糊小波神经网络的所有网络权值和参数,使控制器具有很强的鲁棒性.仿真实验证明了所提控制方案的有效性.