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2014年  第34卷  第4期

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日球层物理和太阳系探测
火星大气模型参数对MSL气动特性的影响
吕俊明, 苗文博, 程晓丽, 王强
2014, 34(4): 377-383. doi: 10.11728/cjss2014.04.377
摘要(1561) PDF 2554KB(2155)
摘要:
火星大气与地球大气截然不同，飞行器在进入火星时气动特性不同于地球再入. 大气模型的差异主要表现为气体组份、密度和温度等物理参数. 针对火星进入器MSL在进入-下降-着陆过程中的高超声速进入段，利用三维并行程序求解耦合真实气体模型的流体动力学Navier-Stokes方程，分析MSL进入火星大气时大气模型参数对进入器气动特性的影响. 结果表明，通过与海盗号飞行数据的对比，验证了所采用的火星气体模型和计算方法，且其与NASA的 LAURA代码气动特性计算结果也较为一致；大气模型气体性质，即CO2环境对进入器阻力系数和俯仰力矩系数影响较大，利用空气得到的计算和实验数据必须考虑CO2效应；密度增大促进了化学非平衡效应，但对进入器气动特性基本没有影响；温度升高大大增强了化学非平衡效应，而对进入器气动特性影响较小.
不透明度对太阳日冕软X射线OⅧ光谱线影响的研究
张庆国, 贺健, 尤景汉
2014, 34(4): 384-389. doi: 10.11728/cjss2014.04.384
摘要(1118) PDF 503KB(1342)
摘要:
为研究不透明度对日冕软X射线的影响，利用光子逃逸因子的基本理论，分析了不透明度对太阳日冕OⅧ光谱线强度比的影响，讨论了OⅧ 1.879nm光谱线的光学厚度，估算了太阳等离子体中OⅧ离子的辐射层有效厚度. 结果表明，不透明度对太阳 OⅧ光谱线有较大影响，其辐射层有效厚度比其他太阳紫外谱线大. 此研究对太阳等离子体发射层特性诊断具有重要参考意义.
基于NOAA卫星数据的辐射带质子投掷角分布研究
杨世超, 张贤国, 王月, 王春琴, 常峥, 秦慕荣, 王世金
2014, 34(4): 390-397. doi: 10.11728/cjss2014.03.390
摘要(1295) PDF 690KB(1461)
摘要:
利用NOAA-12卫星数据对空间环境平静时期太阳同步轨道处辐射带质子投掷角分布进行了研究. 根据投掷角分布的经验公式，计算出90°投掷角的质子方向强度和各向异性指数n. 质子投掷角分布按n的取值范围可分为三类，即90°峰值分布、平顶分布和蝴蝶形分布. 观测证实，对于辐射带质子，三种分布类型均存在并且具有明显的空间区域特征. 在内辐射带边缘地区90°峰值分布占主要优势；在外辐射带高L值区域，90°峰值分布明显减少，平顶分布和蝴蝶形分布逐渐增多. 针对90°峰值分布，研究了质子强度各向异性的区域分布特征，对于内辐射带区域，n值随L值的增大而增大，对于外辐射带，n值表现为逐渐下降的趋势. 为了研究质子投掷角分布对磁地方时的依赖关系，分析了能量为250～800keV的质子在两个不同磁地方时范围的投掷角分布规律. 结果显示，在内辐射带，质子强度的投掷角分布相对稳定，随磁地方时的变化并不显著；而在外辐射带的高L值区域，质子强度的投掷角分布随磁地方时变化明显，与磁地方时之间有明显的依赖关系.
乌鲁木齐地区电离层环境长期变化特性研究
赵海生, 吴振森, 许正文, 吴健, 张雅彬, 徐彬, 薛昆
2014, 34(4): 398-405. doi: 10.11728/cjss2014.04.398
摘要(1378) PDF 5503KB(2048)
摘要:
电离层环境变化对电子信息系统具有重要影响，其可能引起短波通信质量下降甚至中断，导致导航信号闪烁和误差增加等. 研究电离层环境特性对于评估空间环境对通信、雷达及导航装备的影响具有重要意义. 本文根据乌鲁木齐电波环境观测站50余年数据，研究了乌鲁木齐地区电离层F层临界频率、F层底高、Es层临界频率的日变化、季节变化和长期变化情况，同时根据HWM07高空风场模型研究了乌鲁木齐地区高空风场的昼夜和季节变化特性.
电离层水平电场与风场的耦合模拟研究
解海永, 余涛, 王铁邦, 王乐
2014, 34(4): 406-414. doi: 10.11728/cjss2014.04.406
摘要(1052) PDF 3683KB(1140)
摘要:
设计了一个将电离层水平电场与风场耦合的模拟方案，研究了电流函数和风场在耦合前后的变化与差异. 研究发现，水平电场与风场相互反馈后，风场的变化比电流函数小. 经向风在白天有较明显的差异，夜晚的差异比白天小，主要出现在中高纬地区，并随高度的增加而增大，300km左右达到最大值，其后几乎保持不变. 纬向风有与经向风相似的变化，但纬向风耦合前后的差异比经向风小. 电流函数在耦合后有较大改变，两个涡旋强度都有较强增加，并且北半球的增强大于南半球，而夜晚差异较小. 结果表明，在研究的高度范围内，风场对电场的控制作用大于电场对风场的影响.
地基Fabry-Perot中高层大气风速反演及误差分析
王后茂, 王咏梅, 王英鉴, 李勇志
2014, 34(4): 415-425. doi: 10.11728/cjss2014.04.415
摘要(1260) PDF 2310KB(1559)
摘要:
基于子午工程地基法布里-帕罗干涉仪（Fabry-Perot Interferometer，FPI）的气辉观测数据，结合地基独特的观测模式（天顶角为0° 的天顶方向和天顶角为45°的东西北南四个方向）对地基中高层大气风速进行反演，包括数据预处理、干涉环圆心确定、干涉环半径计算和风速反演. 将2010年5月6-13日8天十个环（十个干涉环同时参与反演）的反演结果与地基FPI风速实测数据进行比较，得到557.7nm，630.0nm，892.0nm三种谱线气辉的反演平均偏差分别为2.7m·s-1，5.5m·s-1，7.7m·s-1. 此外，基于反演算法对上述反演精度影响因素进行了分析. 研究发现，气辉辐射强度对风速的反演精度影响较大，气辉辐射越强，外环的半径计算精度越高，可参与的反演环数越多，则最终的风速反演精度越高. 而圆心偏差± 2pixel（五个环）和± 1pixel（十个环）及焦距变化（±10mm）对风速反演精度的影响相对较小，但当超出这一偏差范围，风速反演偏差会迅速增大.
利用卫星两行轨道根数反演热层密度
任廷领, 苗娟, 刘四清, 李志涛
2014, 34(4): 426-433. doi: 10.11728/cjss2014.04.426
摘要(1923) PDF 617KB(1101)
摘要:
两行轨道根数（TLEs）是基于一般摄动理论产生的用于预报地球轨道飞行器位置和速度的一组轨道参数，通过求解大气阻力微分方程，可反演出热层大气密度. 本文选取近圆轨道CHAMP卫星和椭圆轨道Explorer8卫星，以两行轨道根数数据为基础，计算反弹道系数，并根据不同轨道特征采用两种不同反演方法对热层大气密度进行研究. 结果表明，这两种方法反演得到的大气密度与实测值均符合较好，其中CHAMP卫星的反演结果和经验模式值相对于实测值的误差分别为7.94%和13.94%，Explorer8卫星的误差分别为9.04%和14.32%. 相比模式值，利用两行轨道根数数据反演的热层大气密度更接近于实测值，说明该方法可以作为获取大量可靠大气密度数据的一种有效途径.
太阳光谱辐射强度变化对地球能量平衡的影响分析
高凤玲, 华泽钊, 陶乐仁, 崔国民, 徐家良
2014, 34(4): 434-440. doi: 10.11728/cjss2014.04.434
摘要(2062) PDF 780KB(1527)
摘要:
目前太阳对地球能量平衡影响的研究大都是以太阳总辐射通量密度作为输入参数的. 本文以美国航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）太阳辐射与气候实验项目的卫星实测数据为基础，对太阳上升相（2010年上半年）和下降相（2007年12月）期间太阳光谱变化对地球能量平衡的影响进行了研究. 结果表明，2010年上半年较强的太阳总辐射通量密度主要是由紫外及红外波段的能量增强引起的，其在200～400nm 和760～4000nm波段内的平均能量分别增加了0.11%和0.05%，而在 400～760nm可见光区的能量却呈减小趋势，平均减小量为0.05%. 通过对MLS2.2全球臭氧日数据进行再分析后发现，相对于2007年12月，2010年上半年平流层臭氧浓度也有所增加，其中在太阳紫外辐射呈现较大增强的2月和3月，其臭氧增量也相对较大，最大值分别出现在33km和40km处，值为0.6mL·m-3和0.62mL·m-3. 因此，可见光区能量减弱与平流层臭氧浓度增加的双重削弱作用致使虽然2010年上半年的太阳总辐射通量密度较大，但是到达对流层顶的太阳辐射却有所减小，最大减小量出现在3月，值为0.15W·m-2. 这一结果说明，太阳活动或总辐射通量密度的增强也有可能对地球对流层系统起到冷却作用.
空间探测技术
空间目标碰撞预警的协方差计算与应用
闫瑞东, 王荣兰, 刘四清, 刘卫, 龚建村
2014, 34(4): 441-448. doi: 10.11728/cjss2014.04.441
摘要(1492) PDF 2064KB(1616)
摘要:
碰撞概率是碰撞预警工程中空间目标危险交会的重要判据之一，其计算精度会受到预报协方差计算精度的影响. 本文统计计算了两种形式的预报协方差. 一是利用精密数值预报模型对卫星精密根数进行预报，将预报根数与精密根数的差作为样本，统计得出1～7天不同预报期的预报协方差；二是采用 SGP4/SDP4预报模型对TLE数据进行预报，将预报根数与TLE根数的差作为样本，统计得出1～7d不同预报期的预报协方差. 分别分析两种方法中包含变轨过程和无变轨情况下的轨道预报精度. 结合2012年某低轨道卫星的危险交会，分析了采用不同协方差时，协方差精度对碰撞预警精度的影响. 协方差计算可为实际碰撞预警工程提供参考.
TLE预报精度改进及碰撞预警中的应用
刘卫, 王荣兰, 刘四清, 师立勤, 龚建村
2014, 34(4): 449-459. doi: 10.11728/cjss2014.04.449
摘要(1250) PDF 5017KB(1793)
摘要:
双行根数（Two Line Elements，TLE）是目前唯一公开发布且编目最完备的地球轨道空间目标编目数据，由于其根数的特殊性，必须配合SGP4/SDP4 使用导致其预报精度有限. 通过对TLE+SGP4/SDP4预报误差源的分析，利用历史TLE数据生成准观测数据重新进行轨道拟合，针对不同轨道高度和面积质量比情况，确定相应拟合周期，得出了基于弹道系数先验信息有效确定面积质量比的经验方法，对多个独立时段拟合后轨道根数结合数值方法的预报误差进行统计，结果表明，拟合后的TLE根数预报精度与稳定性有很大程度提升. 利用实例对拟合TLE在碰撞预警中的应用进行分析，认为该方法对航天工程中碰撞预警置信度的提高具有重要意义.
基于双频GPS观测的简化动力学最小二乘批处理精密定轨
王文彬, 刘荣芳
2014, 34(4): 460-467. doi: 10.11728/cjss2014.04.460
摘要(1234) PDF 629KB(1225)
摘要:
星载双频GPS载波相位和伪距观测量已成为低轨卫星获取精确三维位置和速度信息的主要方式. 本文以非差消电离载波相位和伪距组合作为观测量，应用简化动力学最小二乘批处理方法进行地球低轨卫星的精密定轨，并给出完整定轨流程. 采用逐段常量的经验加速度对动力学模型误差进行补偿，描述了经验加速度敏感矩阵及稀疏带状矩阵求逆的有效计算方法. 利用GRACE-A卫星GPS观测数据对定轨位置精度进行分析，结果显示，三维位置定轨精度优于5cm，经验加速度在径向、切向和法向上的补偿水平不超过40nm·s-2，大气阻力系数和辐射光压系数的估计值符合物理实际，星载接收机钟差大致呈线性并具有短周期小波动.
基于畸变影响的动态星模拟器星点位置修正方法
邹阳阳, 张国玉, 孙高飞, 张健, 陈启梦
2014, 34(4): 468-473. doi: 10.11728/cjss2014.04.468
摘要(1245) PDF 1931KB(1263)
摘要:
介绍了动态星模拟器工作原理及星点位置误差计算方法，提出一种基于星模拟器自身光学系统畸变影响的星点位置修正方法，根据星点位置修正原理，建立修正模型并推导出相应公式. 通过对动态星模拟器光学系统进行分析，在畸变曲线基础上利用Matlab拟合得出光学系统视场与星点位置修正量的关系曲线，通过确定星点位置修正临界视场并选取适当修正范围，根据公式对星点位置进行修正以满足星模拟器的设计指标，利用该修正方法能够有效降低对动态星模拟器光学系统畸变设计的要求，为动态星模拟器误差修正提供有效方法.
多波段微波辐射计现场定标方法研究
王振占, 刘璟怡, 张瑜, 郑伟, 李彬
2014, 34(4): 474-482. doi: 10.11728/cjss2014.04.474
摘要(1578) PDF 1815KB(1218)
摘要:
海洋多频段微波辐射计（Oceanic Multiband Microwave Radiometer，OMMR）是一台五频段十通道微波辐射计. 作为中国HY-2卫星扫描微波辐射计定标和检验的现场测试设备，其不但要连续稳定运行一年，而且要在数据质量和精度等方面满足更高定标要求. 根据OMMR定标原理，对其在实验室和现场的测试结果进行研究，分析了OMMR在平台的工作情况并对数据质量进行评价.
空间惯性定向姿态卫星数传链路设计
熊蔚明, 程鑫, 叶云裳, 姚晔
2014, 34(4): 483-488. doi: 10.11728/cjss2014.04.483
摘要(1992) PDF 3157KB(1652)
摘要:
对于采用空间惯性定向姿态的卫星，其在数传设备工作期间不能保证固定安装在星体上的发射天线波束准确指向地面站，这给有效载荷高速数传提出更高技术要求. 研究了这类卫星在轨运行时其姿态相对地面站的变化规律，利用STK软件提供的卫星轨道仿真分析结果，寻找数传天线波束中心轴的较好指向，得到不同天线波束宽度能够实现的卫星对地数传时间. 通过研制140°波束范围内0dBi增益天线，在链路设计上保证了传输速率85Mbit·s-1时有足够的余量. 在星载设备小型化约束（质量10kg、功耗80W）条件下，采用小型化宽波束天线以及固态功放解决了空间惯性定向姿态卫星的有效载荷数据传输问题，设计方案满足相关任务要求.
重复折展锁解式太阳翼多体系统动力学建模与分析
胡明, 孔菲, 陈文华, 李文娟, 撖亚頔, 王庆九
2014, 34(4): 489-496. doi: 10.11728/cjss2014.04.489
摘要(1532) PDF 1495KB(3899)
摘要:
为研究重复折展锁解式太阳翼展开力学特性，针对其有根树链式拓扑结构特点，依据一阶模态刚度分析假设模型，由Jourdain变分原理建立太阳翼树形柔性多体系统动力学理论模型；结合太阳翼关节铰机构运动规律，采用单向递推组集建模方法构建太阳翼展开过程正逆混合动力学模型；基于重复折展锁解式太阳翼结构参数和物理性能参数进行数值仿真，研究蜂窝夹层复合式基板柔性结构对太阳翼展开力学规律的影响，得到太阳翼各基板质心运动规律及其展开过程所需施加的驱动力矩. 所得结果可较好地预测太阳翼展开过程的动态行为，为其后续工程应用提供依据.
一种面向航天器综合电子的ASIC芯片设计
周莉, 安军社, 方青文, 蔡飞
2014, 34(4): 497-504. doi: 10.11728/cjss2014.04.497
摘要(1536) PDF 886KB(1495)
摘要:
航天器综合电子系统通用功能集成并芯片化是目前航天器电子系统的发展趋势. 针对中国航天器电子系统小型化、综合化的应用需求，提出一种面向航天器综合电子的ASIC芯片设计方案，分析了ASIC芯片设计中的关键技术，包括芯片系统工作模式、IP核的开发应用、可靠性和低功耗设计，1553B简易终端控制模式是芯片的技术特色和典型应用. ASIC芯片的功能设计、系统仿真验证、FPGA验证和物理设计均已完成，进入流片状态. 芯片的FPGA验证结果证明了芯片设计的有效性和可靠性. ASIC芯片旨在达到国军标548S的要求，应用场景是航天器内数据总线接口单元和遥测遥控.

期刊介绍

ISSN 0254-6124       CN 11-1783/V

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