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2017年  第37卷  第2期

日球层物理与太阳系测探
Rapid and asymmetric response of the Earth's bow shock: multipoint observations
LIU Bing, DUNLOP M W, CAO Jinbin, LAVRAUD B, LI Liuyuan, YANG Junying
2017, 37(2): 129-139. doi: 10.11728/cjss2017.02.129
摘要:
We analyze observations of three bow shock crossings which occurred during 2007, using upstream data from STEREO A/B, ACE and WIND, combined with multi-point THEMIS and Cluster data, and TC-1 data located near noon. During the crossing of 7 May 2007, we find that following a rapid reduction in solar wind ram pressure and subsequent pressure pulse seen by ACE and WIND upstream, the bow shock responds asymmetrically from dawn to dusk. Cluster data on the dawn-side suggest the bow shock is significantly flared and responds rapidly to the pulse arrival, while TC-1 at noon, and THEMIS on the dusk-side, are well matched to the model bow shock, but show a delayed response. The crossings observed on 21 May and 2 June show contrasting response matching the model boundary for northward Interplanetary Magnetic Field (IMF). The IMF and solar wind plasma data suggest that the bow shock crossing at dawn-dusk side and subsolar point were mainly caused by large and smaller scale features of the solar wind ram pressure rise rather than the influence of IMF.
夜侧极区电离层对流对行星际激波的响应
刘琼琼, 胡红桥, 吕建永, 刘建军, 刘瑞源
2017, 37(2): 140-150. doi: 10.11728/cjss2017.02.140
摘要:
利用超级双子极光雷达网(Super Dual Aurora Radar Network,SuperDARN)高频雷达、北半球IMAGE地磁台链以及南极中山站的极光观测数据,研究电离层对流对2012年7月14日一个行星际激波扰动事件的响应.在18:10UT行星际激波到达地球并与磁层相互作用触发地磁急始和磁层亚暴,SuperDARN雷达观测到北半球夜侧极区电离层对流显著增强,观测视野覆盖黄河站的Hankasalmi雷达观测到从激波到达地球至18:33UT,电离层F层出现剧烈扰动,雷达回波数明显增多,并出现局部对流速度反转现象.18:33UT之后,观测到F层出现三块速度高达600m·s-1的逆阳运动不规则体.而与Hankasalmi雷达地磁共轭的南半球Kerguelen雷达探测到的回波主要来自E层,回波数量几乎无变化,但是Kerguelen雷达观测视野内的中山站全天空光学成像仪观测到极光活动显著增强.南北半球夜侧电离层观测结果的差异,主要是由于它们分别处于极夜和极昼.
多点磁场协同探测反演电离层电流密度
高睿, 李磊, 张艺腾, 刘学旺, 李明涛
2017, 37(2): 151-157. doi: 10.11728/cjss2017.02.151
摘要:
相对于传统的单点磁场探测,多点磁场协同探测可以同时获得各测点磁场,消除探测磁场随时间的变化,能更好地计算空间电流密度.根据由多点磁场反演计算空间电流密度的计算方法,开展数值仿真,分析卫星编队数量、卫星编队构型、卫星定位偏差、卫星姿态测量误差、磁场测量误差、外部磁场强度及外部电流密度等对电流反演误差的影响.仿真结果表明,5星编队优于4星编队.在5星编队条件下,卫星姿态测量误差、卫星编队构型和外部磁场强度是反演误差的主要来源.根据仿真结果,当卫星姿态误差为0.001°,卫星编队尺度约为100km时,赤道区域电流密度的反演相对误差约为24%.
电离层中小尺度扰动的多频多普勒快速探测与分析
贺德江, 朱正平, 蓝加平, 宁百齐, 胡连欢
2017, 37(2): 158-167. doi: 10.11728/cjss2017.02.158
摘要:
电离层反射回波的高频多普勒频移测量是研究电离层扰动的重要方法之一.利用基于单频信号相位变化率测量的实时探测方法,获取连续高精度多频多普勒频高图,以实现中小尺度电离层扰动的快速探测研究.该方法被应用于敏捷式高性能电离层无线电多频探测系统样机平台.经验证在该平台上获取的多普勒频移分辨率可达0.039Hz,频高图探测周期最短小于1min.基于这种快速探测方法和平台在武汉观测站进行了较长时间的观测和数据采集,获得高精度多普勒频移并反演出电子浓度等值面法向运动速度,得到电离层反射寻常波的多普勒频高图和垂直扰动速度等信息,进而推演出电离层扰动随时间和空间的实时变化特征.对这些时域信号进行频谱分析,初步结果显示这些扰动主要是由极区活动激发的中国中部地区冬季出现率较高的中尺度TID.此外,对三种常用的电离层扰动反演分析方法进行了对比研究,结果显示电离层扰动的变化趋势基本一致,说明观测数据和研究方法可靠稳定,为多频多点电离层扰动的传播特性观测研究提供了基础.
TIEGCM集合卡尔曼滤波同化模型设计及初步试验
张亚楠, 吴小成, 胡雄
2017, 37(2): 168-176. doi: 10.11728/cjss2017.02.168
摘要:
选择参数化的电离层热层理论模型TIEGCM作为背景模型,基于COSMIC掩星观测的电子密度廓线数据,应用集合卡尔曼滤波方法建立全球电离层电子密度同化模型,实现了全球电离层的电子密度同化.同化结果表明,该同化模型能将观测资料有效同化到背景模式中,获得全球三维电离层电子密度.与背景模式相比,同化得到的电子密度相对于观测值的偏差显著下降.对于有同化和无同化参与的试验,NmF2的标准偏差分别降低约60%和20%.此外,分组同化与同时同化的结果对比显示,平均偏差改善基本一致,同时同化后的标准偏差在峰值高度以上略有减小.
北京地区大气温度及重力波活动的季节变化
郭文杰, 闫召爱, 胡雄, 郭商勇, 程永强, 郝文泽
2017, 37(2): 177-184. doi: 10.11728/cjss2017.02.177
摘要:
利用瑞利激光雷达观测数据,分析了北京地区35~70km高度范围内大气温度和重力波活动的季节变化.发现北京地区30~70km高度范围内的大气温度有明显的年周期变化:平流层顶最高温度出现在6,7月份,大约为270K;中间层70km高度最低温度也出现在6,7月份,大约为200K.以2014年10月14日晚数据为例,分析重力波势能密度,发现50km以下重力波势能存在耗散,而在50km以上重力波近乎无耗散地向上传播.通过对比35~50km高度范围内的平均势能密度,对北京地区重力波活动强弱的季节变化进行了研究.研究结果表明,北京上空重力波活动强度具有明显的年周期变化,冬季平均势能密度为18J·kg-1,夏季为8J·kg-1,且冬季重力波活动强度约为夏季的两倍.此外,还分析了春夏秋冬四个季节重力波势能密度随高度的变化.结果表明,不同季节和不同高度的重力波势能密度不同.
微重力与空间生命科学
航天器AIT中心微生物多样性分析
袁俊霞, 印红, 赵彪, 张兰涛, 曲溪, 徐侃彦
2017, 37(2): 185-191. doi: 10.11728/cjss2017.02.185
摘要:
航天器AIT(总装、集成和测试)中心的洁净度控制是防止造成航天器正向污染的重要保障.利用高通量测序技术与传统培养法比较分析了中国某航天器AIT中心的空气微生物组成与多样性.基于高通量的测序分析结果显示:该AIT中心空气中优势细菌以芽孢杆菌属为主,相对丰度78.47%±1.59%;优势真菌为银耳目,相对丰度8.97%±0.93%;基于培养法获得的优势细菌为葡萄球菌属,且未获得真菌培养物.空气微生物的chao1指数、Simpson多样性指数以及Shannon多样性指数分析显示,该AIT中心空气中细菌的多样性水平均高于真菌.
空间探测技术
行星大气1~3000GHz微波-亚毫米波辐射模拟
付佳, 王振占
2017, 37(2): 192-201. doi: 10.11728/cjss2017.02.192
摘要:
为模拟行星大气在微波elax-elax亚毫米波波段的辐射传输特性,利用逐线积分方法计算行星大气中各气体成分在1~3000GHz的吸收系数.基于HITRAN数据库中各气体分子的跃迁频率及线强等参数,有效模拟了各气体分子在此频段内的吸收特征,并与常用的微波elax-elax亚毫米波大气辐射传输模式进行对比.分析地球大气的组成及特性,利用辐射传输方程模拟临边探测方式下不同频段的大气辐射亮温.研究结果可为后续地球乃至行星大气成分探测模拟、频带选择以及大气成分廓线反演提供模型及理论依据.
基于高斯伪谱法的碰撞规避策略研究
安喜彬, 何兵, 陈福贵, 刘炳琪, 林浩申
2017, 37(2): 202-206. doi: 10.11728/cjss2017.02.202
摘要:
为保证在轨卫星运行安全,对于碰撞概率较高的空间交会情况需要进行规避机动,防止在轨卫星与空间碎片碰撞.选取连续推力策略进行规避机动,将空间碰撞规避过程转化为满足复杂约束的最优控制问题,采用高斯伪谱法对最优控制律进行求解,求解结果满足相应约束.研究结果为航天器有效规避空间碰撞威胁提供了有力支持.
GRO和LRO掩星事件模拟研究
王树志, 柳聪亮, 朱光武, 白伟华, 杜起飞, 孙越强, 夏俊明, 孟祥广, 王先毅, 赵丹阳, 王东伟, 蔡跃荣, 吴迪
2017, 37(2): 207-213. doi: 10.11728/cjss2017.02.207
摘要:
GRO(Global Navigation Satellite System Radio Occultation)和LRO(Low Earth Orbit Radio Occultation)联合组网探测地球大气是无线电掩星探测技术的主要发展方向.本文根据掩星事件的数学判据,仿真分析了LEO卫星主要轨道参数对GRO和LRO掩星事件数量和全球分布情况的影响.研究表明:卫星轨道越低GRO掩星事件越多;轨道倾角在30°和75°之间时,GRO掩星事件较多,全球覆盖率也较大;利用极轨卫星进行LRO掩星探测时,LRO掩星事件较均匀地分布在各纬度带.研究成果对GRO和LRO联合星座设计具有参考价值.
GPS 16参数广播星历改进参数的变化规律分析
冯来平, 崔先强, 贾小林, 阮仁桂
2017, 37(2): 214-221. doi: 10.11728/cjss2017.02.214
摘要:
在2004年发布的GPS界面接口控制文档中提出一种对GPS 16参数广播星历进行改进的GPS 18参数广播星历.本文介绍了GPS 16参数广播星历的拟合算法,对两类GPS广播星历参数进行比较,分析了改进参数的变化规律及特性.计算结果表明,GPS 16参数广播星历的改进参数具有明显的约12h和13.5d的周期变化特性,新提出的GPS 18参数广播星历能够更好地逼近GPS卫星真实轨道.
运算放大器单粒子瞬态脉冲效应试验评估及防护设计
程佳, 马英起, 韩建伟, 朱翔, 上官士鹏, 陈睿
2017, 37(2): 222-228. doi: 10.11728/cjss2017.02.222
摘要:
线性器件的单粒子瞬态脉冲效应(SET)具有瞬发性和传播性,其对星用电子系统和设备的在轨故障定位及防护设计造成较大困难,已成为威胁航天器可靠性的重要因素之一.星用电子设备需要对所采用线性器件的SET特征进行细致的试验评估,以确定其最坏情况,并在此基础上结合具体应用电路特点进行有针对性的滤波等防护设计.本文以典型的星用线性器件LM124运算放大器作为研究对象,利用脉冲激光对其SET特征进行试验评估,得到宽度为35μs、幅度为7.2V的最坏情况SET参数.利用Hspice仿真验证LM124的SET特性与规律,针对最坏情况SET,仿真设计了外围滤波电路,研究不同减缓电路参数对SET脉冲的抑制效果,确定出最优电路参数.再次利用脉冲激光试验检验滤波电路对最坏情况SET的减缓效果,结果表明采用最优参数设计的滤波电路对最坏情况SET有较好的抑制作用,能够满足通常的应用电路需求.
以载荷为中心的暗物质探测卫星机电热一体化设计
董磊, 李华旺, 诸成, 朱振才, 常亮
2017, 37(2): 229-237. doi: 10.11728/cjss2017.02.229
摘要:
暗物质粒子探测卫星是中国第一颗空间高能探测卫星,用于实现5GeV~10TeV大动态范围高能宇宙线(电子、正电子、伽马射线等)能谱测量.卫星有效载荷包括BGO量能器、硅阵列探测器、塑闪阵列探测器和中子探测器,是目前中国发射的载荷比最大的卫星.本文介绍了卫星相关技术方案,包括技术指标、轨道方案、工作模式及系统组成等,突出了其以载荷为中心的机电热一体化设计特点.
星载观测平台的视线误差分析
丁文哲, 张占月, 杨虹, 陈峰
2017, 37(2): 238-248. doi: 10.11728/cjss2017.02.238
摘要:
为分析星载观测平台各项误差源对视线测量精度的影响,研究了一种基于多参量的视线测量误差建模与评价方法.不同于以往卫星、相机的空间测量方式,针对卫星、转台、相机的观测结构,构建了从惯性空间到光学传感器像平面的目标成像模型及星载观测平台视线测量模型.通过推导星载观测平台视线测量误差与观测中13项误差源的关系,提出一种基于灵敏度分析的误差评价方法,并在三个轴向上分析了各项误差源对星载观测平台视线测量精度的影响.利用蒙特卡罗仿真试验验证了理论模型的有效性.结果表明,卫星轨道误差、卫星姿态误差、载荷平台角振动误差、内外框架转动误差、像平面目标像点的位置量化误差是影响星载观测平台视线测量精度的主要因素.该方法能够科学评估各项误差源对星载观测平台视线测量精度的影响,对星载观测平台的总体设计具有重要的应用价值.