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2014年  第34卷  第2期

日球层物理和太阳系探测
准平行无碰撞激波上游能量粒子的观测研究
张伟娜, 吴明雨, 陆全明, 单立灿, 郝宇飞, 高新亮, 王水
2014, 34(2): 137-142. doi: 10.11728/cjss2014.02.137
摘要:
通过Cluster卫星在2005年3月16日观测到的一个准平行激波观测事例,研究了准平行激波上游低频等离子体波动与能量离子之间的关系.卫星观测结果表明,在准平行激波上游,离子微分能通量受到了非线性波动的调制.在磁场强度较小区域,离子微分能通量较高.产生这种现象的可能原因是准平行激波上游的非线性波动可以捕获离子,被捕获的离子在波动中来回弹跳并被电场加速,从而导致磁场强度较小区域离子微分能通量较高.这一观测结果与已有的混合模拟结果相吻合.
Comparison of diurnal, seasonal and solar cycle variations of high-latitude, mid-latitude and low-latitude ionosphere
K G Ratovsky, J K Shi, A V Oinats, E B romanova
2014, 34(2): 143-153. doi: 10.11728/cjss2014.02.143
摘要:
Comparison of regular (diurnal, seasonal and solar cycle) variations of high-latitude,mid-latitude and low-latitude ionospheric characteristics has been provided on basis of local empirical models of the peak electron density and the peak height. The local empirical models were derived from the hand-scaled ionogram data recorded by DPS-4 digisondes located at Norilsk (69°N, 88°E), Irkutsk (52°N, 104°E) and Hainan (19°N, 109°E) for a 6-year period from December, 2002 to December, 2008. The technique used to build the local empirical model is described. The primary focus is diurnal-seasonal behavior under low solar activity and its change with increasing solar activity. Both common and specific features of the high-latitude (Norilsk), mid-latitude (Irkutsk) and low-latitude (Hainan) regular variations were revealed using their local empirical models.
GISM模型在中国低纬地区的适用性分析
盛冬生, 赵振维, 孙树计, 王飞飞
2014, 34(2): 154-159. doi: 10.11728/cjss2014.02.154
摘要:
为检验全球电离层闪烁模型(GISM)在中国低纬地区预测的准确性,根据2011年7月至2012年6月期间中国低纬地区三个观测站记录的GPSL1频点的电离层闪烁数据,对GISM模型的预测结果进行了分析.研究表明,在太阳活动高年,该模型能够反映出中国低纬地区闪烁的主要特征.模型预测的闪烁开始时间与观测结果较为一致,而结束时间滞后观测值约1h;模型预测的低纬地区闪烁强度峰值与观测结果基本一致,而在相同累积概率条件下,模型预测的闪烁强度则高于观测值;模型显示闪烁发生概率和闪烁强度随纬度的增加而减小,这一结果与观测结果一致.
基于斜向探测最高可用频率反演电离层参数
王健, 姬生云, 王洪发, 卢冬鸣, 王先义
2014, 34(2): 160-167. doi: 10.11728/cjss2014.02.160
摘要:
提出了一种利用斜向探测F2层最高可用频率及其对应时延反演传播路径中点临界频率f0F2和3000km传输因子M(3000)F2的新方法.该方法从工程实用角度出发,利用射线传播理论直接反演得到临界频率和3000km传输因子.通过对长春-径阳和新乡-赤峰两条斜向探测链路中点电离层参数的反演分析,验证了方法的稳定性;利用反演结果与北京垂直探测数据对比,验证了方法的准确性;通过与Smith方法的对比,验证了方法的实用性.统计分析显示,此方法具有与Smith方法可比的精度,明显优于参考电离层模型给出的结果,其均方误差为0.48MHz,相对误差为10.50%;具有较好的稳定性,对不同距离的探测链路有较好的适应性,反演精度差异为0.03MHz;具有可操作性强,易于实现的特点.本研究成果可用于短波通信频率实时预报、动态频率管理及其相关领域.
基于双频GPS观测的电离层TEC与硬件延迟反演方法
王晓岚, 马冠一
2014, 34(2): 168-179. doi: 10.11728/cjss2014.02.168
摘要:
利用全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的双频观测数据反演得到电离层的总电子含量(Total Electron Content,TEC),使得广域甚至全球范围高时空分辨率的电离层观测研究成为可能,但由于GPS卫星和接收机对信号的硬件延迟可导致TEC测量系统偏差,因此,需要探索反演TEC并估测GPS卫星与接收机硬件延迟的有效算法.本文根据电离层电波传播理论,阐述了基于双频GPS观测提取电离层TEC的方法,给出TEC与硬件延迟的基本关系.综合研究了TEC与硬件延迟的反演方法,进行分析与归纳分类,在此基础上提出了有待深入研究的问题.
电离总剂量复合屏蔽模拟仿真及验证试验
胡鉴航, 冯颖, 韩建伟, 蔡明辉, 杨涛
2014, 34(2): 180-185. doi: 10.11728/cjss2014.02.180
摘要:
空间环境中辐射粒子的电离总剂量效应对卫星电子器件危害严重,需要采用合适的材料进行屏蔽防护.本文采用蒙特卡罗方法模拟材料对电子的屏蔽,将双层复合屏蔽方法与单质屏蔽方法进行对比,结果表明对电子而言,复合屏蔽在屏蔽厚度足够大时比单质屏蔽效果更好.利用90Sr-90Y电子放射源进行了复合屏蔽效果的验证试验,试验结果与模拟结果规律相符,研究结果可为辐射防护的优化设计提供参考.
一种数字电离层测高仪系统中O波与X波的分离方法
王顺, 陈紫微, 张锋, 宫兆前, 方广有, 王云冈
2014, 34(2): 186-193. doi: 10.11728/cjss2014.02.186
摘要:
电离层测高仪系统中,O波与X波的分离非常重要.本文提出一种新的O波与X波分离的实现方法,根据电离层回波的极化特性,通过在接收电路上采用数字方法合成圆极化波的方式,实现了对O波与X波的有效分离.与现有DPS-4测高仪系统采用模拟域电信号合成圆极化波的方法相比,本文方法通过在数字下变频处理过程中引入±90°相移,消除了在模拟域电信号合成方法中相移器的带宽限制和非线性问题.另外,该方法在实现发射和接收信号的极化状态转换时不需要连续切换多个模拟开关,从而提高了整个系统的稳定性.
基于传输矩阵法的等离子体鞘套传输特性分析
孙欣, 刘亚南, 刘毅敏, 王先义, 王健
2014, 34(2): 194-200. doi: 10.11728/cjss2014.02.194
摘要:
引入分层模型传输矩阵法,分析高速临近空间飞行器等离子体鞘套传输特性.通过对典型飞行器模型进行纳维-斯托克斯方程组数值求解,仿真了等离子体鞘套的流场电子密度分布,分析了电磁波在等离子体鞘套内传输时的衰减常数,给出信号传输的反射系数和透射系数.基于传输矩阵法的仿真结果与理论分析结果和时域有限差分法仿真分析结果有良好的一致性,同时,该方法有效降低了计算复杂度,适用于任意电子密度分布和厚度的等离子体鞘套传输特性的数值求解.
空间探测技术
基于遥测数据动态特征的卫星异常检测方法
李维铮, 孟桥
2014, 34(2): 201-207. doi: 10.11728/cjss2014.02.201
摘要:
基于遥测参数分析异常是保证卫星正常在轨运行的基础,通常采用阈值法判断遥测参数是否超差来判断卫星工作状态,由于其无法检测在阈值范围内变化的卫星遥测数据异常,因而会导致故障漏报.本文利用遥测参数动态变化特性,提出一种基于遥测数据变化规律检测异常的方法.利用周期图谱法求解遥测参数周期,根据遥测数据各周期之间参数值的相似性,按照遥测参数周期对数据进行采样,得到平稳差分序列,对其建立自回归移动平均混合模型,通过精确的预测结果与实测遥测数据比较来发现异常.利用该方法对实际在轨运行的某卫星2012年5月太阳能帆板转动异常故障进行验证,结果表明其能够有效避免故障漏报.
一种基于TLE数据的轨道异常分析方法
王荣兰, 刘卫, 刘四清, 闫瑞东, 龚建村
2014, 34(2): 208-213. doi: 10.11728/cjss2014.02.208
摘要:
空间在轨物体的轨道异常是航天工程及预警领域普遍关注的问题,及时发现轨道异常意义重大,通过分析空间物体的轨道异常,可以及时发现和识别规避事件或碰撞事件,还可以了解监测网的能力.本文提出一种基于TLE数据的简单的轨道异常分析方法——长半轴变化法.该方法快速有效,应用到低轨在用卫星和美俄解体碎片的异常分析中,异常物体正确识别率可达到100%;对美俄解体碎片进行轨道异常分析后得出,美国空间监视网可以稳定探测90%以上的解体碎片.
小型箭载SF6主动释放装置研究
蔡明辉, 冯颖, 吴逢时, 黄文耿, 李宏伟, 杨涛, 韩建伟
2014, 34(2): 214-218. doi: 10.11728/cjss2014.02.214
摘要:
化学物质释放是空间物理主动试验的重要手段之一.构建了一种基于探空火箭平台的SF6气体释放装置,其具有体积小、自重轻、对运载平台要求低等优点,当装置自身质量为6kg时可实现2kg的SF6气体释放.仿真计算了SF6气体在电离层高度的扩散过程和相应的电离层离子化学过程.研究结果表明,本装置能够有效消减电离层电子密度,具有较高实用价值.
嫦娥三号着陆器有效载荷
贾瑛卓, 代树武, 吴季, 孙辉先, 刘恩海, 魏建彦, 陈波, 黄长宁, 陈晓敏
2014, 34(2): 219-225. doi: 10.11728/cjss2014.02.219
摘要:
嫦娥三号着陆器配置了地形地貌相机、月基光学望远镜、极紫外相机、降落相机等四种科学探测有效载荷.介绍了有效载荷的科学探测任务、系统设计方案和系统组成,描述了各有效载荷的方案设计和主要技术指标等.
全极化综合孔径辐射计的极化模式
杨晓城, 阎敬业, 吴季
2014, 34(2): 226-234. doi: 10.11728/cjss2014.02.226
摘要:
全极化综合孔径辐射计(Full Polarization Interferometric Radiometer,FPIR)是一套高分辨率、轻量化、低功耗的X波段一维综合孔径微波辐射计.分析了FPIR的极化理论,推导出FPIR的极化可视度函数.为了获取全极化信息,FPIR系统采用两种不同的天线阵列设计方案.对于每种稀疏天线阵列,设计了最优极化切换序列.设计的最优极化序列不仅使灵敏度的损失达到最小,还使得水平极化、垂直极化和交叉极化亮温的灵敏度达到相同水平.
基于绝对磁场测量的磁通门磁强计在轨标定方法
张镇琦, 李磊, 周斌, 张艺腾
2014, 34(2): 235-241. doi: 10.11728/cjss2014.02.235
摘要:
卫星在轨进行磁场测绘及监测时,需要高精度的磁场值,但由于磁通门磁强计三轴非正交性以及零点漂移所引起的误差大大降低了磁强计的测量精度,因而有必要对此进行校正.本文利用绝对标量磁强计,采用一种改进的最小二乘标定算法,通过不断迭代实现对磁通门三轴正交性和零点漂移的修正.结果表明,在考虑了磁强计本身噪声水平的实际情况下,磁通门磁强计的误差可由100nT左右修正到0.2nT以内.该算法为卫星在轨高精度磁场测量提供了一种可行的方法.
空间材料科学实验中的X光三维成像仿真
于强, 童方圆, 周炳红
2014, 34(2): 242-248. doi: 10.11728/cjss2014.02.242
摘要:
用于空间材料科学研究的X射线观察设备已列入空间站材料科学实验规划,仿真实现X光三维成像的流程可为X射线观察设备的研制提供设计依据.仿真流程主要包括三个步骤:使用锥束X光照射被扫描对象并旋转对象,获取多角度下的投影影像;根据投影影像和几何信息重建扫描对象,获取对象空间点数据;将扫描对象三维显示出来.使用线衰减系数不同且相互重叠的多个椭球组成的三维Shepp-Logan模型对算法进行了仿真测试,仿真结果能很好地将模型重建并显示出来.