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doi: 10.11728/cjss2025-0018
摘要:
频率资源是支撑航天行业发展的战略资源之一，具有不可再生的属性。随着月球开发利用逐渐成为国际热点，地月空间频率资源的使用需求方由少量空间研究类型的探索任务向太空基础设施建设、原位资源开发利用、有人/无人登陆驻守等规模化系列化部署任务的方向发展。而国际上现有规则框架下可提供给月球规模化开发利用任务的频率资源非常有限，供需矛盾日益加剧。本文基于对国际地月空间频率资源申请现状、工程任务规划与实施情况的系统性数据分析，总结并展望地月间频率资源的利用态势。利用自主开发的频率兼容性仿真平台，对国际上的典型任务进行了定量化干扰计算分析，提出了后续地月空间探测、开发利用等领域的用频建议，为工程任务的规范有序实施提供参考。
关键词 地月空间 频率资源 频率申请 干扰分析 频率规划
频率资源是支撑航天行业发展的战略资源之一，具有不可再生的属性。随着月球开发利用逐渐成为国际热点，地月空间频率资源的使用需求方由少量空间研究类型的探索任务向太空基础设施建设、原位资源开发利用、有人/无人登陆驻守等规模化系列化部署任务的方向发展。而国际上现有规则框架下可提供给月球规模化开发利用任务的频率资源非常有限，供需矛盾日益加剧。本文基于对国际地月空间频率资源申请现状、工程任务规划与实施情况的系统性数据分析，总结并展望地月间频率资源的利用态势。利用自主开发的频率兼容性仿真平台，对国际上的典型任务进行了定量化干扰计算分析，提出了后续地月空间探测、开发利用等领域的用频建议，为工程任务的规范有序实施提供参考。
关键词 地月空间 频率资源 频率申请 干扰分析 频率规划
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doi: 10.11728/cjss2025-0072
摘要:
海洋作为地球系统的重要组成部分，其表面动力学参数（风场、波浪、海流）对海气相互作用、海洋物质能量平衡以及气候变化有着重要的影响。在星载测量条件下，海面回波的幅度和相位中包含着海面的相关运动信息，对卫星较高的平台运行速度与海表动力学参数共同形成的多普勒特性的研究十分必要。本文利用已有模拟海洋表面的线性随机叠加理论，建立了随时间变化的包含主要海洋动力学参数风、浪、流的动态海面模型，验证了布拉格散射条件下海面后向散射系数的可靠性。根据全球海表流场多尺度结构观测卫星计划（OSCOM）所拟定的卫星参数及海况参数，通过谱参数估计的方法分析了风速、风向、风区影响下的回波多普勒特性。随着风速的增加，海面粗糙度、均方根高度均增大，导致后向散射调制更为强烈，使得海表回波多普勒的偏移与展宽均增加。在顺轨向观测时，多普勒谱随风向变化的多普勒质心偏移量在顺逆风向上略微不对称，在约90°风向时达到最小值。对风区的分析结果表明，当海面风速为10m/s时，风区长度由10km的不成熟海浪成长为充分发展的海浪时，海面运动速度增加，长波的倾斜调制增强，多普勒谱偏移增大，估计的多普勒频率质心相差0.56m/s。最后，本文考虑了破碎波对共极化后向散射的贡献，分析了对多普勒质心与速度估计的影响。波浪破碎条件下的回波多普勒谱分析表明，当风速为12m/s，观测方向与风向相同时，破碎波对Ka波段后向散射系数的贡献约为4dB。相比于不考虑破碎波情况的多普勒质心偏移约为95.2Hz，导致对径向速度估计的偏差约为0.4m/s。
海洋作为地球系统的重要组成部分，其表面动力学参数（风场、波浪、海流）对海气相互作用、海洋物质能量平衡以及气候变化有着重要的影响。在星载测量条件下，海面回波的幅度和相位中包含着海面的相关运动信息，对卫星较高的平台运行速度与海表动力学参数共同形成的多普勒特性的研究十分必要。本文利用已有模拟海洋表面的线性随机叠加理论，建立了随时间变化的包含主要海洋动力学参数风、浪、流的动态海面模型，验证了布拉格散射条件下海面后向散射系数的可靠性。根据全球海表流场多尺度结构观测卫星计划（OSCOM）所拟定的卫星参数及海况参数，通过谱参数估计的方法分析了风速、风向、风区影响下的回波多普勒特性。随着风速的增加，海面粗糙度、均方根高度均增大，导致后向散射调制更为强烈，使得海表回波多普勒的偏移与展宽均增加。在顺轨向观测时，多普勒谱随风向变化的多普勒质心偏移量在顺逆风向上略微不对称，在约90°风向时达到最小值。对风区的分析结果表明，当海面风速为10m/s时，风区长度由10km的不成熟海浪成长为充分发展的海浪时，海面运动速度增加，长波的倾斜调制增强，多普勒谱偏移增大，估计的多普勒频率质心相差0.56m/s。最后，本文考虑了破碎波对共极化后向散射的贡献，分析了对多普勒质心与速度估计的影响。波浪破碎条件下的回波多普勒谱分析表明，当风速为12m/s，观测方向与风向相同时，破碎波对Ka波段后向散射系数的贡献约为4dB。相比于不考虑破碎波情况的多普勒质心偏移约为95.2Hz，导致对径向速度估计的偏差约为0.4m/s。
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doi: 10.11728/cjss2025-0052
摘要:
冰川作为全球气候变化的关键指示体和重要的淡水资源，针对其多物理参数的精准获取对全球气候变化研究和生态保护、水资源规划具有重要意义。我国冰川主要为分布于高海拔地区的山岳冰川，受恶劣环境与复杂地形的制约，传统就位探测方法无法实现冰川内部参数的大面积连续监测；星载冰川透视探测又面临分辨率制约和山岳冰川复杂地面杂波的干扰，至今仍无业务化应用。机载雷达有着良好的空间分辨率与灵活的探测方式，已成为冰川监测和研究的重要技术手段。但在机载山岳冰川探测中，依然面临冰表起伏和冰底复杂地形的影响：冰表起伏地形导致的散射杂波会干扰雷达信号解译与关键参数的精确反演；复杂的冰底结构与冰表地形引起的散射损耗与冰内介电损耗相互耦合，导致无法准确反演冰川的介电常数。为此，本研究结合机载超宽带雷达山岳冰川探测数据与伪谱时域（Pseudo-spectral Time Domain, PSTD）数值模拟方法，构建冰表-冰底双界面地形与介电参数的耦合模型，通过二维伪谱时域电磁仿真揭示地形散射-冰介电损耗的互作用机制，提出基于动态范围分析的实测区域冰层介电常数虚部值的反演方法。针对老虎沟12号冰川实测数据，通过迭代优化将虚部估计值收敛至6.0×10⁻⁴，其动态范围与实测均值差异为0.61%，虚部估计值与理论均值的相对误差为21%。仿真结果与理论模型的交叉验证表明，该方法通过解耦地形起伏与介电参数的协同干扰，可有效提升复杂地形区冰川介电参数反演精度，为冰川内部介电特性研究提供解决方案。
冰川作为全球气候变化的关键指示体和重要的淡水资源，针对其多物理参数的精准获取对全球气候变化研究和生态保护、水资源规划具有重要意义。我国冰川主要为分布于高海拔地区的山岳冰川，受恶劣环境与复杂地形的制约，传统就位探测方法无法实现冰川内部参数的大面积连续监测；星载冰川透视探测又面临分辨率制约和山岳冰川复杂地面杂波的干扰，至今仍无业务化应用。机载雷达有着良好的空间分辨率与灵活的探测方式，已成为冰川监测和研究的重要技术手段。但在机载山岳冰川探测中，依然面临冰表起伏和冰底复杂地形的影响：冰表起伏地形导致的散射杂波会干扰雷达信号解译与关键参数的精确反演；复杂的冰底结构与冰表地形引起的散射损耗与冰内介电损耗相互耦合，导致无法准确反演冰川的介电常数。为此，本研究结合机载超宽带雷达山岳冰川探测数据与伪谱时域（Pseudo-spectral Time Domain, PSTD）数值模拟方法，构建冰表-冰底双界面地形与介电参数的耦合模型，通过二维伪谱时域电磁仿真揭示地形散射-冰介电损耗的互作用机制，提出基于动态范围分析的实测区域冰层介电常数虚部值的反演方法。针对老虎沟12号冰川实测数据，通过迭代优化将虚部估计值收敛至6.0×10⁻⁴，其动态范围与实测均值差异为0.61%，虚部估计值与理论均值的相对误差为21%。仿真结果与理论模型的交叉验证表明，该方法通过解耦地形起伏与介电参数的协同干扰，可有效提升复杂地形区冰川介电参数反演精度，为冰川内部介电特性研究提供解决方案。
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doi: 10.11728/cjss2025-0003
摘要:
针对单星模拟器一次只能模拟一个恒星目标，为解决模拟其他恒星时需要手动更换星点板、检定效率低、光轴一致性差等问题，设计一种单星模拟器多星点自动更换装置。首先，基于离轴反射式单星模拟器工作原理提出一种转轮式多星点自动更换装置，根据恒星模拟理论和设计要求确定星点板微孔尺寸，设计星点板安装及调整结构，调节星点微孔与光学系统的光轴一致性，以轻量化为目标对星点盘进行有限元分析与优化；其次，分析杂光传输来源并总结抑制措施，设计消杂光结构降低对星等模拟的影响；最后设计电控系统实现星点板自动切换，并对影响的误差源进行精度分析。结果表明：星点单星张角误差优于1.2″，星点位置光轴一致性优于10μm，满足了单星模拟器模拟不同恒星目标时单星张角和星点位置的精确性要求，提高了不同恒星目标模拟的检定效率和模拟精度。
针对单星模拟器一次只能模拟一个恒星目标，为解决模拟其他恒星时需要手动更换星点板、检定效率低、光轴一致性差等问题，设计一种单星模拟器多星点自动更换装置。首先，基于离轴反射式单星模拟器工作原理提出一种转轮式多星点自动更换装置，根据恒星模拟理论和设计要求确定星点板微孔尺寸，设计星点板安装及调整结构，调节星点微孔与光学系统的光轴一致性，以轻量化为目标对星点盘进行有限元分析与优化；其次，分析杂光传输来源并总结抑制措施，设计消杂光结构降低对星等模拟的影响；最后设计电控系统实现星点板自动切换，并对影响的误差源进行精度分析。结果表明：星点单星张角误差优于1.2″，星点位置光轴一致性优于10μm，满足了单星模拟器模拟不同恒星目标时单星张角和星点位置的精确性要求，提高了不同恒星目标模拟的检定效率和模拟精度。
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doi: 10.11728/cjss2024-0196
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以空中拖曳锥杆式对接方式为研究对象，本文设计了一种锥杆式对接电磁锁紧装置，给出了快速锁紧与紧急释放的电磁锁紧原理。通过建立对接过程有限元模型，以电磁力作为变元进行参数化研究，获得了电磁对接装置的响应数据，为空中拖曳锥杆式对接电磁锁紧装置的研制提供理论依据，该对接电磁锁紧装置，为空中锥杆式对接设计提供了新思路。
以空中拖曳锥杆式对接方式为研究对象，本文设计了一种锥杆式对接电磁锁紧装置，给出了快速锁紧与紧急释放的电磁锁紧原理。通过建立对接过程有限元模型，以电磁力作为变元进行参数化研究，获得了电磁对接装置的响应数据，为空中拖曳锥杆式对接电磁锁紧装置的研制提供理论依据，该对接电磁锁紧装置，为空中锥杆式对接设计提供了新思路。
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doi: 10.11728/cjss2024-0181
摘要:
太空活动日益频繁，空间目标数量迅速增长，目标解体和碰撞生成大量空间碎片可能引发灾难性后果，因此对空间目标进行监测与表征变得尤为重要。空间目标的几何特性、运动特性、材质特性等信息对于目标识别、碰撞规避和主动清除具有重要意义。AMOS会议作为太空态势感知领域的重要学术会议，汇聚了大量关于空间目标特性估计的前沿研究成果，本研究对AMOS会议2016~2023年会议论文集中的相关技术论文进行系统梳理和总结。这些文献涵盖了地基观测数据在空间目标表征中的应用，从姿态估计、形状估计到姿态演化以及机器学习辅助决策等方面，为空间目标的综合分析提供了丰富的技术手段和估计方法，为未来的空间目标表征技术发展提供了有价值的参考。本文针对特性估计相关数据日益丰富，反演算法越发成熟的现状和趋势，提出我国应该建立体系化的目标特性估计机制新思路。
太空活动日益频繁，空间目标数量迅速增长，目标解体和碰撞生成大量空间碎片可能引发灾难性后果，因此对空间目标进行监测与表征变得尤为重要。空间目标的几何特性、运动特性、材质特性等信息对于目标识别、碰撞规避和主动清除具有重要意义。AMOS会议作为太空态势感知领域的重要学术会议，汇聚了大量关于空间目标特性估计的前沿研究成果，本研究对AMOS会议2016~2023年会议论文集中的相关技术论文进行系统梳理和总结。这些文献涵盖了地基观测数据在空间目标表征中的应用，从姿态估计、形状估计到姿态演化以及机器学习辅助决策等方面，为空间目标的综合分析提供了丰富的技术手段和估计方法，为未来的空间目标表征技术发展提供了有价值的参考。本文针对特性估计相关数据日益丰富，反演算法越发成熟的现状和趋势，提出我国应该建立体系化的目标特性估计机制新思路。
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doi: 10.11728/cjss2025-0022
摘要:
太阳风中高速等离子体流与地球磁层相互作用可引发地磁暴等空间天气事件，因此，准确预测太阳风参数对于空间天气预警和现代技术系统的稳定运行至关重要。本文利用具有片段嵌入和交叉注意力机制的深度学习模型TimeXer来深入挖掘太阳风速度、动压、质子密度、质子温度间的复杂依赖关系，该模型仅利用历史太阳风数据和时间信息，即可实现未来72小时太阳风参数的高准确率预测，并且具有可解释性。在太阳活动水平低年（2021年）和太阳活动水平高年（2024年）的测试结果表明：（1）TimeXer对太阳风速度、动压、质子密度、质子温度的预测均方根误差分别为68.39 km/s、2.12 nPa、5.02 N/cm3、8.83×104 K，绝对误差分别为47.65 km/s、1.00 nPa、3.13 N/cm3、4.49×104 K，与几类传统及先进的深度学习方法相比，本模型性能更优，即使在磁暴期间，也能较准确地捕获各太阳风参数的整体变化趋势；（2）当历史数据输入长度为336时（即太阳风约14天的准周期），模型的预测性能最佳；（3）基于太阳风参数依赖关系的联合建模预测明显优于单参数预测；（4）交叉注意力权重分析显示，四个太阳风参数对质子温度和太阳风速度预测的重要性基本一致，太阳风速度和质子温度对质子密度的预测贡献较大，而质子温度、太阳风速度与年时间信息对太阳风动压的预测影响较强，且随着时间信息尺度的增大，时间信息的重要性进一步提升。
太阳风中高速等离子体流与地球磁层相互作用可引发地磁暴等空间天气事件，因此，准确预测太阳风参数对于空间天气预警和现代技术系统的稳定运行至关重要。本文利用具有片段嵌入和交叉注意力机制的深度学习模型TimeXer来深入挖掘太阳风速度、动压、质子密度、质子温度间的复杂依赖关系，该模型仅利用历史太阳风数据和时间信息，即可实现未来72小时太阳风参数的高准确率预测，并且具有可解释性。在太阳活动水平低年（2021年）和太阳活动水平高年（2024年）的测试结果表明：（1）TimeXer对太阳风速度、动压、质子密度、质子温度的预测均方根误差分别为68.39 km/s、2.12 nPa、5.02 N/cm3、8.83×104 K，绝对误差分别为47.65 km/s、1.00 nPa、3.13 N/cm3、4.49×104 K，与几类传统及先进的深度学习方法相比，本模型性能更优，即使在磁暴期间，也能较准确地捕获各太阳风参数的整体变化趋势；（2）当历史数据输入长度为336时（即太阳风约14天的准周期），模型的预测性能最佳；（3）基于太阳风参数依赖关系的联合建模预测明显优于单参数预测；（4）交叉注意力权重分析显示，四个太阳风参数对质子温度和太阳风速度预测的重要性基本一致，太阳风速度和质子温度对质子密度的预测贡献较大，而质子温度、太阳风速度与年时间信息对太阳风动压的预测影响较强，且随着时间信息尺度的增大，时间信息的重要性进一步提升。
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doi: 10.11728/cjss2025-0025
摘要:
空间辐射环境下的单粒子翻转效应严重威胁着星载智能系统的可靠性，传统的三模冗余和周期性擦写等容错方法存在资源开销大、功耗高等问题。本文提出一种基于自适应增强算法的轻量化容错方法(AB-FTM)，通过AB-FTM构建ResNet20/32/44异构弱模型集成架构，在相比于原始ResNet110参数规模缩减18.2%的同时，利用动态权重调整机制提升分类精度和鲁棒性。实验在CIFAR-10、MNIST和EuroSAT等数据集上验证表明，当0.0004%比例的参数发生单粒子翻转时，所提方法较ResNet110基准模型的准确率分别提升20.39%、26.25%和21.02%，显著优于现有容错方案。该方法为未来空间科学卫星使用星载智能系统提供了兼顾可靠性、轻量化与计算效能的新型解决方案。
空间辐射环境下的单粒子翻转效应严重威胁着星载智能系统的可靠性，传统的三模冗余和周期性擦写等容错方法存在资源开销大、功耗高等问题。本文提出一种基于自适应增强算法的轻量化容错方法(AB-FTM)，通过AB-FTM构建ResNet20/32/44异构弱模型集成架构，在相比于原始ResNet110参数规模缩减18.2%的同时，利用动态权重调整机制提升分类精度和鲁棒性。实验在CIFAR-10、MNIST和EuroSAT等数据集上验证表明，当0.0004%比例的参数发生单粒子翻转时，所提方法较ResNet110基准模型的准确率分别提升20.39%、26.25%和21.02%，显著优于现有容错方案。该方法为未来空间科学卫星使用星载智能系统提供了兼顾可靠性、轻量化与计算效能的新型解决方案。
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doi: 10.11728/cjss2025-0026
摘要:
动态信道化技术，是实现天基宽带频谱感知的关键技术，具备宽带信号实时分解与并行处理能力，可以缓解星上资源的计算与处理压力。针对宽带信道的跨信道问题，本文利用具有完全重构特性的多相滤波器组，建立分析-综合联合处理系统，并提出一种基于改进的自适应阈值恒虚警检测（Optimized-CFAR）的时频域联合跨信道判决算法，实现跨信道信号的自适应融合与精确重构。仿真结果表明，在信噪比15dB时检测概率达到98.6%，使得重构信号的幅度失真约为0.0048dB，对信号的重构保真度达0.972。所提算法的FPGA实现复杂度较现有先进方案降低13.2%。
动态信道化技术，是实现天基宽带频谱感知的关键技术，具备宽带信号实时分解与并行处理能力，可以缓解星上资源的计算与处理压力。针对宽带信道的跨信道问题，本文利用具有完全重构特性的多相滤波器组，建立分析-综合联合处理系统，并提出一种基于改进的自适应阈值恒虚警检测（Optimized-CFAR）的时频域联合跨信道判决算法，实现跨信道信号的自适应融合与精确重构。仿真结果表明，在信噪比15dB时检测概率达到98.6%，使得重构信号的幅度失真约为0.0048dB，对信号的重构保真度达0.972。所提算法的FPGA实现复杂度较现有先进方案降低13.2%。
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doi: 10.11728/cjss2025-yg03
摘要:
本研究采用地基模拟微重力效应装置，研究微重力对小鼠卵母细胞减数分裂及成熟质量的影响，旨在为进一步研究空间环境对卵母细胞成熟的损伤机制提供重要的生物学参考. 利用芯片装载未成熟卵母细胞 (GV)，通过随机定位仪进行小鼠卵母细胞成熟培养，分别对GV期、GVBD期、Pro-MⅠ期、MⅠ期、MⅡ期线粒体、纺锤体和染色体进行荧光成像. 微重力效应导致卵母细胞成熟率显著下降32.75% (p<0.01). 荧光成像显示，与正常重力相比，微重力加剧MⅠ期卵母细胞核周线粒体环状聚集构象；MⅡ期，细胞质中线粒体无规律聚集占比显著增多 (71.88%). 此外，微重力引发MⅠ期纺锤体多极化，导致染色体排布紊乱，最终导致MⅡ期纺锤体组装和染色体中板宽度异常，分别为57.58% (p<0.05)和15.63 μm (p<0.0001). 本研究表明，微重力效应通过干扰小鼠卵母细胞线粒体-纺锤体-染色体的动态协调，导致减数分裂异常和质量下降，对揭示力学干扰如何通过调控亚细胞结构互作网络影响卵母细胞质量具有重要意义.
本研究采用地基模拟微重力效应装置，研究微重力对小鼠卵母细胞减数分裂及成熟质量的影响，旨在为进一步研究空间环境对卵母细胞成熟的损伤机制提供重要的生物学参考. 利用芯片装载未成熟卵母细胞 (GV)，通过随机定位仪进行小鼠卵母细胞成熟培养，分别对GV期、GVBD期、Pro-MⅠ期、MⅠ期、MⅡ期线粒体、纺锤体和染色体进行荧光成像. 微重力效应导致卵母细胞成熟率显著下降32.75% (p<0.01). 荧光成像显示，与正常重力相比，微重力加剧MⅠ期卵母细胞核周线粒体环状聚集构象；MⅡ期，细胞质中线粒体无规律聚集占比显著增多 (71.88%). 此外，微重力引发MⅠ期纺锤体多极化，导致染色体排布紊乱，最终导致MⅡ期纺锤体组装和染色体中板宽度异常，分别为57.58% (p<0.05)和15.63 μm (p<0.0001). 本研究表明，微重力效应通过干扰小鼠卵母细胞线粒体-纺锤体-染色体的动态协调，导致减数分裂异常和质量下降，对揭示力学干扰如何通过调控亚细胞结构互作网络影响卵母细胞质量具有重要意义.
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doi: 10.11728/cjss2024-0130
摘要:
ELSETS空间碎片编目数据库所提供的TLE数据是公开获得轨道信息的主要来源之一。由于TLE数据的精度存在波动，导致传统静态定轨方法所获取的TLE数据定轨结果难以进一步提升轨道预报精度。因此，基于单纯形最优搜索算法，本文引入时间变量，将其与其它轨道根数一同解算，实现动态定轨。本文使用8颗卫星的TLE数据和GPS数据开展实验，所得结果与不考虑时间变量的单纯形最优搜索算法的定轨结果相比，轨道预报精度提升了18.85%-70.30%，且误差在S和W方向显著降低，特别是部分卫星在轨道预报1天内的位置真误差降低至0km。
ELSETS空间碎片编目数据库所提供的TLE数据是公开获得轨道信息的主要来源之一。由于TLE数据的精度存在波动，导致传统静态定轨方法所获取的TLE数据定轨结果难以进一步提升轨道预报精度。因此，基于单纯形最优搜索算法，本文引入时间变量，将其与其它轨道根数一同解算，实现动态定轨。本文使用8颗卫星的TLE数据和GPS数据开展实验，所得结果与不考虑时间变量的单纯形最优搜索算法的定轨结果相比，轨道预报精度提升了18.85%-70.30%，且误差在S和W方向显著降低，特别是部分卫星在轨道预报1天内的位置真误差降低至0km。
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doi: 10.11728/cjss2025-yg01
摘要:
空天过渡区是指传统航空活动和航天活动过渡区域，本文指距离地表50公里至150公里的大气圈层。近年来随着空天一体化空间环境应用服务加快布局，空天过渡区大气环境认知和建模预报研究愈来愈受到多学科广泛重视，空天过渡区大气扰动微物理过程和机理研究取得了较为显著的进展。本文梳理了近年空天过渡区大气动力学研究现状，简述了太阳/太阳风–磁层–空天过渡区的耦合链式过程中，太阳辐射和极区粒子沉降对空天过渡区大气环境影响的研究进展。然后从重力波、行星波、潮汐波和典型低层大气活动四个角度出发，重点分析和总结地球活动/低层大气扰动对空天过渡区大气环境影响的研究进展。最后展望空天过渡区未来的发展前景及需要解决的几个关键问题，为大气科学和空间物理学者提供一定参考。
空天过渡区是指传统航空活动和航天活动过渡区域，本文指距离地表50公里至150公里的大气圈层。近年来随着空天一体化空间环境应用服务加快布局，空天过渡区大气环境认知和建模预报研究愈来愈受到多学科广泛重视，空天过渡区大气扰动微物理过程和机理研究取得了较为显著的进展。本文梳理了近年空天过渡区大气动力学研究现状，简述了太阳/太阳风–磁层–空天过渡区的耦合链式过程中，太阳辐射和极区粒子沉降对空天过渡区大气环境影响的研究进展。然后从重力波、行星波、潮汐波和典型低层大气活动四个角度出发，重点分析和总结地球活动/低层大气扰动对空天过渡区大气环境影响的研究进展。最后展望空天过渡区未来的发展前景及需要解决的几个关键问题，为大气科学和空间物理学者提供一定参考。
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doi: 10.11728/cjss2025-0060
摘要:
空间天气探源计划（探冕计划）将在同一颗卫星平台上实现对太阳和晚型恒星的同步观测，以揭示太阳系内外空间天气的源头——日冕和星冕的物理性质及爆发规律。卫星拟工作在720 km左右高度的太阳同步轨道，以实现全天候、不间断的日冕观测；同时，通过二维转台实现对一些近邻恒星的指向和跟踪，以对星冕开展长期、连续的观测。通过搭载日面极紫外光谱仪（含积分光谱仪和多缝光谱仪）、极紫外光谱日冕仪、恒星极紫外光谱仪、恒星极紫外测光望远镜等载荷，该计划将在三个方面取得重要突破：第一，通过首次开展全日面视场的日冕光谱观测，刻画日冕外流和爆发的源区特性，推动太阳系空间天气的精准预报；第二，通过填补当前太阳系外极紫外探测的空白，探明星冕爆发规律，从而开拓太阳系外空间天气的新疆域；第三，通过对太阳和其他恒星同步开展点源极紫外探测，并结合模型，建立空间天气影响行星宜居性的新认知，为解答“人类在宇宙中是否孤独”这一重大问题提供重要线索。
空间天气探源计划（探冕计划）将在同一颗卫星平台上实现对太阳和晚型恒星的同步观测，以揭示太阳系内外空间天气的源头——日冕和星冕的物理性质及爆发规律。卫星拟工作在720 km左右高度的太阳同步轨道，以实现全天候、不间断的日冕观测；同时，通过二维转台实现对一些近邻恒星的指向和跟踪，以对星冕开展长期、连续的观测。通过搭载日面极紫外光谱仪（含积分光谱仪和多缝光谱仪）、极紫外光谱日冕仪、恒星极紫外光谱仪、恒星极紫外测光望远镜等载荷，该计划将在三个方面取得重要突破：第一，通过首次开展全日面视场的日冕光谱观测，刻画日冕外流和爆发的源区特性，推动太阳系空间天气的精准预报；第二，通过填补当前太阳系外极紫外探测的空白，探明星冕爆发规律，从而开拓太阳系外空间天气的新疆域；第三，通过对太阳和其他恒星同步开展点源极紫外探测，并结合模型，建立空间天气影响行星宜居性的新认知，为解答“人类在宇宙中是否孤独”这一重大问题提供重要线索。
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doi: 10.11728/cjss2025-0008
摘要:
随着空间生物实验逐步由短期飞行返回后观测向长期在轨观测方向发展和宇航员出舱任务的逐渐增多，对于舱外环境所造成的生物损伤是空间生命科学亟待研究的方向。为了实现舱外在轨长期观测线虫的个体发育实验，需根据搭载线虫的微流控芯片系统要求，制备符合芯片加样需求的样品。线虫芯片是通过通道的大小控制进入培养池内线虫的个体，因此对样品的生长发育状态有精确的要求，与线虫体宽直接相关（需满足体宽范围为24μm -29μm）。为了分析辐射和微重力响应线虫的加载发育条件以此提高未来中国空间站上微流控芯片中不同品系线虫的加样效率，本文建立了针对微流控芯片线虫样品制备、扩繁和同步化后发育时间确认的操作流程和确认方式。采用灼烧法对不同品系线虫不同扩繁时间和发育时间下进行体宽测量，确定不同品系线虫的适宜的扩繁时间和最适发育时间。实验得到结果，野生型为扩繁3周发育至104-110h，体宽为25.41μm -26.41μm；AM141为扩繁3周发育至96h，体宽为20.26μm；SSM264为扩繁4周发育至144h，体宽为23.51μm；TG11为扩繁4周发育至144h，体宽为26.16μm，符合芯片加样需求。通过对微流控芯片加样前后样品状态进行确认，四种品系加入芯片的样品体宽范围为27.71μm -28.02μm，验证样品有效性。
随着空间生物实验逐步由短期飞行返回后观测向长期在轨观测方向发展和宇航员出舱任务的逐渐增多，对于舱外环境所造成的生物损伤是空间生命科学亟待研究的方向。为了实现舱外在轨长期观测线虫的个体发育实验，需根据搭载线虫的微流控芯片系统要求，制备符合芯片加样需求的样品。线虫芯片是通过通道的大小控制进入培养池内线虫的个体，因此对样品的生长发育状态有精确的要求，与线虫体宽直接相关（需满足体宽范围为24μm -29μm）。为了分析辐射和微重力响应线虫的加载发育条件以此提高未来中国空间站上微流控芯片中不同品系线虫的加样效率，本文建立了针对微流控芯片线虫样品制备、扩繁和同步化后发育时间确认的操作流程和确认方式。采用灼烧法对不同品系线虫不同扩繁时间和发育时间下进行体宽测量，确定不同品系线虫的适宜的扩繁时间和最适发育时间。实验得到结果，野生型为扩繁3周发育至104-110h，体宽为25.41μm -26.41μm；AM141为扩繁3周发育至96h，体宽为20.26μm；SSM264为扩繁4周发育至144h，体宽为23.51μm；TG11为扩繁4周发育至144h，体宽为26.16μm，符合芯片加样需求。通过对微流控芯片加样前后样品状态进行确认，四种品系加入芯片的样品体宽范围为27.71μm -28.02μm，验证样品有效性。
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doi: 10.11728/cjss2025-0014
摘要:
我国首颗海洋盐度探测卫星L波段一维综合孔径辐射计数字子系统采用分布式结构，由多台独立并行工作的分布式前置数采单机和综合数字单机及同步时钟单机组成，子系统的关键性能包括所有中频模数转换（Analog-to-Digital，AD）通道的相位一致性、幅度一致性和相关偏置等。子系统性能测试分为硬件性能测试和总体性能测试；纯硬件性能测试提出了利用子系统内的同步脉冲控制接口作为触发源，并将其周期加大以适应手动控制，从FPGA调试用ILA接口同步抓取各前置数采单机所有AD采集通道在同一时刻的原始采集序列，通过分析处理得到子系统硬件性能；通过提取科学数据包中的互相关、自相关信息进行分析得到子系统包括软件性能的总体性能；并且设计试验验证测试方法正确。通过对地面原理样机进行测试，所得幅度一致性≤0.4dB、相位一致性≤1度、相关偏置≤-35dB，符合仪器指标要求。
我国首颗海洋盐度探测卫星L波段一维综合孔径辐射计数字子系统采用分布式结构，由多台独立并行工作的分布式前置数采单机和综合数字单机及同步时钟单机组成，子系统的关键性能包括所有中频模数转换（Analog-to-Digital，AD）通道的相位一致性、幅度一致性和相关偏置等。子系统性能测试分为硬件性能测试和总体性能测试；纯硬件性能测试提出了利用子系统内的同步脉冲控制接口作为触发源，并将其周期加大以适应手动控制，从FPGA调试用ILA接口同步抓取各前置数采单机所有AD采集通道在同一时刻的原始采集序列，通过分析处理得到子系统硬件性能；通过提取科学数据包中的互相关、自相关信息进行分析得到子系统包括软件性能的总体性能；并且设计试验验证测试方法正确。通过对地面原理样机进行测试，所得幅度一致性≤0.4dB、相位一致性≤1度、相关偏置≤-35dB，符合仪器指标要求。
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doi: 10.11728/cjss2025-0021
摘要:
为了满足航天应用中图像数据高效存储与传输的需求，基于FPGA设计并实现了一种符合CCSDS 122.0-B-1标准的星载高性能图像压缩核。充分考虑算法特性与实现平台特点，设计了新颖的编码控制逻辑与数据组织结构。针对压缩效率这一关键指标，设计了段大小为256的算法实现架构，压缩效率处于同类应用前列。通过分段压缩机制，有效防止了误码扩散，并支持压缩质量连续调节与图像渐进传输。针对扫描与编码环节的性能瓶颈，提出了全并行扫描及动态优化并行编码方法，实测编码效率提高约50%。压缩核支持图像最大尺寸4096*4096像素，最大位深度16bit。通过实际测试，压缩核吞吐率可达90.64Msamples/s，可满足大部分航天任务的图像压缩需求。
为了满足航天应用中图像数据高效存储与传输的需求，基于FPGA设计并实现了一种符合CCSDS 122.0-B-1标准的星载高性能图像压缩核。充分考虑算法特性与实现平台特点，设计了新颖的编码控制逻辑与数据组织结构。针对压缩效率这一关键指标，设计了段大小为256的算法实现架构，压缩效率处于同类应用前列。通过分段压缩机制，有效防止了误码扩散，并支持压缩质量连续调节与图像渐进传输。针对扫描与编码环节的性能瓶颈，提出了全并行扫描及动态优化并行编码方法，实测编码效率提高约50%。压缩核支持图像最大尺寸4096*4096像素，最大位深度16bit。通过实际测试，压缩核吞吐率可达90.64Msamples/s，可满足大部分航天任务的图像压缩需求。
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doi: 10.11728/cjss2025-0035
摘要:
夜光云作为形成于中高层大气（约83 km）的冰晶云，其季节起始时间是研究极地中间层热力学与动力学耦合过程的重要参数。本文基于1979–2023年多源观测数据，系统分析了南北半球夜光云季节起始时间的长期演变特征，并分析其与平流层纬向风场反转事件及太阳活动的相关性。结果表明，南北半球夜光云起始时间存在显著差异，南半球的年际变幅（标准差22天）约为北半球（11天）的两倍，可能与半球间大气环流模态、重力波活动强度等热力、动力过程差异有关。在南半球，夜光云季起始时间与平流层纬向平均风的反转时间表现出极强的正相关关系，对于北半球，虽然呈现反相关特性，但约60天的相隔时间并不能直接判定两者的影响关系。太阳活动（Lyman-α辐射）对夜光云季节起始的调控也呈现半球不对称性，北半球在2011年前与太阳活动呈一定的负相关，后期因平流层动力背景转变而衰减，南半球则表现为微弱响应，表明太阳辐射效应与动力过程可能共同发挥作用。此外，多源数据在结果上的差异，也表明不同探测体制和数据类型会对夜光云长期变化特性研究带来一定的不确定性。
夜光云作为形成于中高层大气（约83 km）的冰晶云，其季节起始时间是研究极地中间层热力学与动力学耦合过程的重要参数。本文基于1979–2023年多源观测数据，系统分析了南北半球夜光云季节起始时间的长期演变特征，并分析其与平流层纬向风场反转事件及太阳活动的相关性。结果表明，南北半球夜光云起始时间存在显著差异，南半球的年际变幅（标准差22天）约为北半球（11天）的两倍，可能与半球间大气环流模态、重力波活动强度等热力、动力过程差异有关。在南半球，夜光云季起始时间与平流层纬向平均风的反转时间表现出极强的正相关关系，对于北半球，虽然呈现反相关特性，但约60天的相隔时间并不能直接判定两者的影响关系。太阳活动（Lyman-α辐射）对夜光云季节起始的调控也呈现半球不对称性，北半球在2011年前与太阳活动呈一定的负相关，后期因平流层动力背景转变而衰减，南半球则表现为微弱响应，表明太阳辐射效应与动力过程可能共同发挥作用。此外，多源数据在结果上的差异，也表明不同探测体制和数据类型会对夜光云长期变化特性研究带来一定的不确定性。
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doi: 10.11728/cjss2025-0020
摘要:
长期预报轨道约束是抑制卫星导航系统自主导航惯性系整体旋转的有效方法之一，而影响轨道长期预报精度的主要因素为光压摄动模型的不确定性较大。本文利用光压系数与太阳高度角密切相关的特性，提出对ECOM-5光压模型参数进行建模和预报更新的方法进行轨道长期预报，并对该方法的轨道预报性能进行评估。以北斗MEO/IGSO卫星为例，对2022年1月1日至2023年6月1日之间预报18组90天轨道，以CODE北斗卫星精密星历作为参考轨道，评估北斗卫星轨道长期预报的性能。试验结果表明，采用本文提出的轨道预报方法对导航卫星进行90天轨道预报， MEO卫星第30天、60天、90天预报轨道三维位置误差RMS均值约200m、700m、1.4km，轨道URE RMS的均值分别为18.79m、61.43m、124.00m；轨道倾角i RMS均值分别为6.07mas、9.76mas、12.38mas，升交点赤经Ω RMS均值分别为6.47mas、11.24mas、14.88mas；IGSO卫星预报轨道三维位置误差较MEO卫星差一个量级，i和Ω预报误差与MEO卫星相当。因此，可以得到结论：该方法获得的中长期预报轨道三维位置以及轨道定向参数i和Ω具有较高的精度，有望为抑制导航卫星星座自主导航惯性系整体旋转提供有力的支持。
长期预报轨道约束是抑制卫星导航系统自主导航惯性系整体旋转的有效方法之一，而影响轨道长期预报精度的主要因素为光压摄动模型的不确定性较大。本文利用光压系数与太阳高度角密切相关的特性，提出对ECOM-5光压模型参数进行建模和预报更新的方法进行轨道长期预报，并对该方法的轨道预报性能进行评估。以北斗MEO/IGSO卫星为例，对2022年1月1日至2023年6月1日之间预报18组90天轨道，以CODE北斗卫星精密星历作为参考轨道，评估北斗卫星轨道长期预报的性能。试验结果表明，采用本文提出的轨道预报方法对导航卫星进行90天轨道预报， MEO卫星第30天、60天、90天预报轨道三维位置误差RMS均值约200m、700m、1.4km，轨道URE RMS的均值分别为18.79m、61.43m、124.00m；轨道倾角i RMS均值分别为6.07mas、9.76mas、12.38mas，升交点赤经Ω RMS均值分别为6.47mas、11.24mas、14.88mas；IGSO卫星预报轨道三维位置误差较MEO卫星差一个量级，i和Ω预报误差与MEO卫星相当。因此，可以得到结论：该方法获得的中长期预报轨道三维位置以及轨道定向参数i和Ω具有较高的精度，有望为抑制导航卫星星座自主导航惯性系整体旋转提供有力的支持。
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doi: 10.11728/cjss2025-0012
摘要:
基于SWARM-B和SWARM-C卫星加速度计反演的大气热层密度数据，对HASDM模型的误差特性进行了全面分析，涵盖了太阳活动水平、地磁活动水平、纬度、地方时和高度等多维因素的影响。研究发现：HASDM在太阳活动中高水平和地磁活动增强条件下表现出较好的性能，误差较小且稳定性较高，而在低太阳活动和低地磁活动水平下，易高估密度；纬度分布显示，HASDM在南北极高纬度区域主要表现为低估趋势，赤道附近呈现高估趋势；地方时分析表明，HASDM能准确捕捉峰谷变化，但在特定时段如地方时3-5时和19-21时的高估现象较为明显；高度分析显示，轨道升高，相对误差较小，但不稳定性增大。研究结果为进一步优化HASDM模型性能和提升其在复杂空间环境中的适应性提供了重要依据。
基于SWARM-B和SWARM-C卫星加速度计反演的大气热层密度数据，对HASDM模型的误差特性进行了全面分析，涵盖了太阳活动水平、地磁活动水平、纬度、地方时和高度等多维因素的影响。研究发现：HASDM在太阳活动中高水平和地磁活动增强条件下表现出较好的性能，误差较小且稳定性较高，而在低太阳活动和低地磁活动水平下，易高估密度；纬度分布显示，HASDM在南北极高纬度区域主要表现为低估趋势，赤道附近呈现高估趋势；地方时分析表明，HASDM能准确捕捉峰谷变化，但在特定时段如地方时3-5时和19-21时的高估现象较为明显；高度分析显示，轨道升高，相对误差较小，但不稳定性增大。研究结果为进一步优化HASDM模型性能和提升其在复杂空间环境中的适应性提供了重要依据。
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doi: 10.11728/cjss2025-0016
摘要:
针对卫星太阳观测系统内部变形误差导致的光轴指向偏差问题，提出了一种变形误差在轨辨识与补偿方法。首先，对太阳观测系统内部光路传递过程进行了数学建模。其次，对数学模型中的变形误差参数给出了在轨辨识与补偿方法。最后，通过数学仿真对辨识和补偿方法进行了模拟，并以光轴指向精度作为评价标准对补偿效果进行了评估。仿真结果表明，变形误差在轨补偿前后太阳观测载荷光轴指向精度提升了2个数量级，验证了文章提出方法的有效性。研究结果可为其他含有二维调节机构的有效载荷提供参考。
针对卫星太阳观测系统内部变形误差导致的光轴指向偏差问题，提出了一种变形误差在轨辨识与补偿方法。首先，对太阳观测系统内部光路传递过程进行了数学建模。其次，对数学模型中的变形误差参数给出了在轨辨识与补偿方法。最后，通过数学仿真对辨识和补偿方法进行了模拟，并以光轴指向精度作为评价标准对补偿效果进行了评估。仿真结果表明，变形误差在轨补偿前后太阳观测载荷光轴指向精度提升了2个数量级，验证了文章提出方法的有效性。研究结果可为其他含有二维调节机构的有效载荷提供参考。
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doi: 10.11728/cjss2024-0179
摘要:
大气阻力是低轨卫星受到的最大非引力摄动，大气阻力的计算误差主要来源于热层大气密度经验模型误差，目前经验模型的误差较大普遍在30%以上。为了提高经验模型的预报精度，提出了一种基于SegRNN（Segment Recurrent Neural Network）的热层大气密度经验模型校准方法。该方法使用SegRNN的分块和并行策略进行模型训练和推理，规避了传统RNN因迭代次数过多而引发的误差累积与梯度不稳定的问题。通过分析大气密度与Ap、F10.7和F10.7a外部环境参数的变化关系，提出了一种改进的神经网络架构“SegRNN with Residual Block”。该架构通过引入外部环境参数作为动态协变量（Covariates），并使用Residual Block提取预报时段的密度相关信息，从而进一步提高了SegRNN的预报精度。最后利用GRACE（gravity recovery and climate experiment）星载加速度计反演得到的密度数据对NRLMSISE 2.0进行了校准实验。结果表明：NRLMSIS 2.0模型原始误差为31.3%，经SegRNN校准后，误差降低至8.0%，引入动态协变量后，模型误差进一步降低至7.2%，最终校准模型误差下降了24.1%，校准效果显著。
大气阻力是低轨卫星受到的最大非引力摄动，大气阻力的计算误差主要来源于热层大气密度经验模型误差，目前经验模型的误差较大普遍在30%以上。为了提高经验模型的预报精度，提出了一种基于SegRNN（Segment Recurrent Neural Network）的热层大气密度经验模型校准方法。该方法使用SegRNN的分块和并行策略进行模型训练和推理，规避了传统RNN因迭代次数过多而引发的误差累积与梯度不稳定的问题。通过分析大气密度与Ap、F10.7和F10.7a外部环境参数的变化关系，提出了一种改进的神经网络架构“SegRNN with Residual Block”。该架构通过引入外部环境参数作为动态协变量（Covariates），并使用Residual Block提取预报时段的密度相关信息，从而进一步提高了SegRNN的预报精度。最后利用GRACE（gravity recovery and climate experiment）星载加速度计反演得到的密度数据对NRLMSISE 2.0进行了校准实验。结果表明：NRLMSIS 2.0模型原始误差为31.3%，经SegRNN校准后，误差降低至8.0%，引入动态协变量后，模型误差进一步降低至7.2%，最终校准模型误差下降了24.1%，校准效果显著。
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doi: 10.11728/cjss2025-0023
摘要:
针对国产微波散射计高风速订正需求，本文以2021-2022年间9个台风的HY-2系列微波散射计观测资料为数据源，以机载步频微波辐射计（SFMR）风速为参考真值，通过时空匹配构建建模数据集，并将其以7:3随机划分为训练集和测试集；然后基于轻量化的宽度学习系统（Broad learning System，BLS）开展回归分析，构建高风速订正模型。模型测试结果表明，订正后HY-2风速的均方根误差（RMSE）为4.65 m/s，相较于订正前提升了51%；风速大于25m/s时，订正后的风速的RMSE和相关系数分别为5.59m/s和0.68，相较于订正前风速的13.69和0.55有了显著改善。此外，以2021年台风“灿都”为例进行对比分析，结果表明订正后HY-2C最大风速从22.09 m/s提升至32.73 m/s，且风速廓线的对比进一步证实了本文模型的有效性。
针对国产微波散射计高风速订正需求，本文以2021-2022年间9个台风的HY-2系列微波散射计观测资料为数据源，以机载步频微波辐射计（SFMR）风速为参考真值，通过时空匹配构建建模数据集，并将其以7:3随机划分为训练集和测试集；然后基于轻量化的宽度学习系统（Broad learning System，BLS）开展回归分析，构建高风速订正模型。模型测试结果表明，订正后HY-2风速的均方根误差（RMSE）为4.65 m/s，相较于订正前提升了51%；风速大于25m/s时，订正后的风速的RMSE和相关系数分别为5.59m/s和0.68，相较于订正前风速的13.69和0.55有了显著改善。此外，以2021年台风“灿都”为例进行对比分析，结果表明订正后HY-2C最大风速从22.09 m/s提升至32.73 m/s，且风速廓线的对比进一步证实了本文模型的有效性。
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doi: 10.11728/cjss2025-0039
摘要:
本文基于兴隆（XLON，40.2°N，117.6°E；磁纬：35°N）和南非Sutherland天文台（SAAO，32.2°S, 20.48°E；磁纬：40.7°S）的地基Fabry-Perot干涉仪（FPI）观测数据，结合热层-电离层-电动力学环流模型（TIEGCM），系统分析了2018年3月18-19日磁暴事件期间南北半球中纬度地区热层风场的响应特征。研究发现，南半球热层风场对磁暴的响应较北半球更为显著。在SAAO台站观测到显著的赤道向和西向风增强现象，其中经向风最大速度达128.4 m/s（赤道向），纬向风最大速度达-165.6 m/s（西向）。通过与TIEGCM模拟结果的对比分析表明，模型能够较好地再现观测数据的扰动趋势，特别是在SAAO经向风和XLON纬向风的变化特征方面。然而，模型在风速定量预测上仍存在一定偏差：对SAAO东向纬向风存在低估现象，而对XLON赤道向经向风则呈现高估趋势。
本文基于兴隆（XLON，40.2°N，117.6°E；磁纬：35°N）和南非Sutherland天文台（SAAO，32.2°S, 20.48°E；磁纬：40.7°S）的地基Fabry-Perot干涉仪（FPI）观测数据，结合热层-电离层-电动力学环流模型（TIEGCM），系统分析了2018年3月18-19日磁暴事件期间南北半球中纬度地区热层风场的响应特征。研究发现，南半球热层风场对磁暴的响应较北半球更为显著。在SAAO台站观测到显著的赤道向和西向风增强现象，其中经向风最大速度达128.4 m/s（赤道向），纬向风最大速度达-165.6 m/s（西向）。通过与TIEGCM模拟结果的对比分析表明，模型能够较好地再现观测数据的扰动趋势，特别是在SAAO经向风和XLON纬向风的变化特征方面。然而，模型在风速定量预测上仍存在一定偏差：对SAAO东向纬向风存在低估现象，而对XLON赤道向经向风则呈现高估趋势。
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doi: 10.11728/cjss2025-0028
摘要:
本文对微重力下膜/滴状冷凝的实验和数值研究进行了全面回顾，涵盖管内/平面冷凝及强化传热机制。结合常/微重力环境下的研究结果，对于管内冷凝换热，采用重力无关准则数（Bond数、Froude数等）判断是否重力影响传热，可通过增加蒸汽质量流速和减小管径减弱重力影响，并总结了微重力冷凝下传热关联式以指导工程设计。对于滴状冷凝，微重力环境下可提高蒸汽速度、使用具有润湿梯度或微/纳米结构的表面结合气流吹扫去除冷凝液滴，实现持续滴状冷凝。目前关于微重力环境下的冷凝实验研究有限，主要受限于长期、连续的微重力实验环境极为难得，应着重关注中国空间站、国际空间站，对长时间的冷凝传热进行实验研究，弥补大量缺乏可重复实验数据的不足，探索重力对冷凝传热的作用机制，为空间两相换热系统提供理论支撑。
本文对微重力下膜/滴状冷凝的实验和数值研究进行了全面回顾，涵盖管内/平面冷凝及强化传热机制。结合常/微重力环境下的研究结果，对于管内冷凝换热，采用重力无关准则数（Bond数、Froude数等）判断是否重力影响传热，可通过增加蒸汽质量流速和减小管径减弱重力影响，并总结了微重力冷凝下传热关联式以指导工程设计。对于滴状冷凝，微重力环境下可提高蒸汽速度、使用具有润湿梯度或微/纳米结构的表面结合气流吹扫去除冷凝液滴，实现持续滴状冷凝。目前关于微重力环境下的冷凝实验研究有限，主要受限于长期、连续的微重力实验环境极为难得，应着重关注中国空间站、国际空间站，对长时间的冷凝传热进行实验研究，弥补大量缺乏可重复实验数据的不足，探索重力对冷凝传热的作用机制，为空间两相换热系统提供理论支撑。
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doi: 10.11728/cjss2025-0024
摘要:
本文综合运用多种观测手段，对2024年5月8日到11日源于AR 3664太阳活动区的7个前向全晕日冕物质抛射（CME）事件的日地空间传播过程进行了初步分析。这7个CMEs可分为两组，第一组为发生于5月8日05: 36 UT到5月9日09: 24 UT的4个CMEs，第二组为发生于5月9日18: 52 UT到11日01: 36 UT的3个CMEs。利用日地关系观测台A星的日球层成像仪（STEREO A/HI）观测追踪了这两组CMEs对应的高密度区域的时间-距角关系，并采用固定Φ角拟合法和调和均值法推算出这两组CMEs的最优传播方向和平均径向速度。结果表明：这两组CMEs的高密度区域在STEREO A/HI分别发生了混叠，采用拟合得到的径向速度推算出这两组CMEs的到达地球轨道附近的时间最小误差分别约为0.5小时和3小时。这些结果说明这两组CMEs在日地传播过程中，后面快速的CMEs追上了前面稍慢的CMEs，从而形成了两个复杂喷出物，产生了异常强烈的地磁暴。
关键词 日冕物质抛射，射电暴，J-map，固定Φ角拟合法，调和均值法
本文综合运用多种观测手段，对2024年5月8日到11日源于AR 3664太阳活动区的7个前向全晕日冕物质抛射（CME）事件的日地空间传播过程进行了初步分析。这7个CMEs可分为两组，第一组为发生于5月8日05: 36 UT到5月9日09: 24 UT的4个CMEs，第二组为发生于5月9日18: 52 UT到11日01: 36 UT的3个CMEs。利用日地关系观测台A星的日球层成像仪（STEREO A/HI）观测追踪了这两组CMEs对应的高密度区域的时间-距角关系，并采用固定Φ角拟合法和调和均值法推算出这两组CMEs的最优传播方向和平均径向速度。结果表明：这两组CMEs的高密度区域在STEREO A/HI分别发生了混叠，采用拟合得到的径向速度推算出这两组CMEs的到达地球轨道附近的时间最小误差分别约为0.5小时和3小时。这些结果说明这两组CMEs在日地传播过程中，后面快速的CMEs追上了前面稍慢的CMEs，从而形成了两个复杂喷出物，产生了异常强烈的地磁暴。
关键词 日冕物质抛射，射电暴，J-map，固定Φ角拟合法，调和均值法
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doi: 10.11728/cjss2025-0002
摘要:
抵近探测的成像过程中，动态图像序列往往因为平台运动、抖动等，存在图像模糊、分辨率不够高等问题。本文针对抵近探测过程中图像序列的超分辨率开展研究，提出了一种基于BasicVSR++的视频超分辨方法。通过引入空间和通道注意力机制强化模型对细节特征的提取能力，同时结合共享投射权重、多组机制和采样点调制，提升了对齐模块的效果，在提升网络特征提取能力同时，弥补了正则卷积在长距离依赖性和自适应空间聚集方面的不足，同时将下采样与低通滤波器结合来减少图像高频成分，提高了模型对轻微图像抖动的鲁棒性。此外引入新的上采样模块来结合局部和全局特征，生成自适应上采样核扩展感受野，更好的对全局结构恢复和细节重建。仿真实验结果表明，本文提出的方法在峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）指标上，分别较原始方法提高了2.2%和2.1%。
抵近探测的成像过程中，动态图像序列往往因为平台运动、抖动等，存在图像模糊、分辨率不够高等问题。本文针对抵近探测过程中图像序列的超分辨率开展研究，提出了一种基于BasicVSR++的视频超分辨方法。通过引入空间和通道注意力机制强化模型对细节特征的提取能力，同时结合共享投射权重、多组机制和采样点调制，提升了对齐模块的效果，在提升网络特征提取能力同时，弥补了正则卷积在长距离依赖性和自适应空间聚集方面的不足，同时将下采样与低通滤波器结合来减少图像高频成分，提高了模型对轻微图像抖动的鲁棒性。此外引入新的上采样模块来结合局部和全局特征，生成自适应上采样核扩展感受野，更好的对全局结构恢复和细节重建。仿真实验结果表明，本文提出的方法在峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）指标上，分别较原始方法提高了2.2%和2.1%。
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doi: 10.11728/cjss2024-0133
摘要:
目的： 本研究采用生物信息学方法分析对比研究中子辐射与微重力环境对鼠视网膜蛋白表达的影响，为理解空间环境对视网膜的损伤机制提供生物学基础，并为空间环境风险评估与防护措施提供参考。
方法：获取中子辐射和微重力作用下老鼠的视网膜蛋白差异表达数据，运用了GO、KEGG富集分析、PPI网络构建及模块分析、Hub蛋白筛选与分析等方法，对比分析中子辐射与微重力对视网膜蛋白差异表达的影响。
结果：GO、KEGG及PPI网络分析结果显示，中子辐射和微重力诱导鼠视网膜蛋白差异表达存在不同。BP、CC、MF最显著富集的功能均不同，中子辐射刺激主要富集在response to xenobiotic stimulus、actin filament和identical protein binding，微重力刺激主要富集在lens development in camera-type eye、mitochondrion和structural constituent of eye lens； KEGG分析结果显示，中子辐射、微重力刺激下Motor proteins通路变化趋势一致，中子辐射刺激还富集在Focal adhesion，Regulation of actin cytoskeleton通路，微重力刺激还富集在Cardiac muscle contraction通路； PPI网络的Hub蛋白（枢纽蛋白）及最显著模块的生物过程不同，中子辐射刺激最显著的生物过程为muscle contraction，微重力刺激最显著的生物过程为camera-type eye development。在中子辐射和微重力刺激下，蛋白PMEL、PTN、TPM1、RAB27A表达变化趋势一致，PDPN出现相反的变化趋势。
结论：视网膜蛋白对中子辐射和微重力刺激的响应存在差异。本研究结果有望初步解释空间辐射或微重力对视网膜损伤的机制，为制定针对性的防护措施提供参考。
目的： 本研究采用生物信息学方法分析对比研究中子辐射与微重力环境对鼠视网膜蛋白表达的影响，为理解空间环境对视网膜的损伤机制提供生物学基础，并为空间环境风险评估与防护措施提供参考。
方法：获取中子辐射和微重力作用下老鼠的视网膜蛋白差异表达数据，运用了GO、KEGG富集分析、PPI网络构建及模块分析、Hub蛋白筛选与分析等方法，对比分析中子辐射与微重力对视网膜蛋白差异表达的影响。
结果：GO、KEGG及PPI网络分析结果显示，中子辐射和微重力诱导鼠视网膜蛋白差异表达存在不同。BP、CC、MF最显著富集的功能均不同，中子辐射刺激主要富集在response to xenobiotic stimulus、actin filament和identical protein binding，微重力刺激主要富集在lens development in camera-type eye、mitochondrion和structural constituent of eye lens； KEGG分析结果显示，中子辐射、微重力刺激下Motor proteins通路变化趋势一致，中子辐射刺激还富集在Focal adhesion，Regulation of actin cytoskeleton通路，微重力刺激还富集在Cardiac muscle contraction通路； PPI网络的Hub蛋白（枢纽蛋白）及最显著模块的生物过程不同，中子辐射刺激最显著的生物过程为muscle contraction，微重力刺激最显著的生物过程为camera-type eye development。在中子辐射和微重力刺激下，蛋白PMEL、PTN、TPM1、RAB27A表达变化趋势一致，PDPN出现相反的变化趋势。
结论：视网膜蛋白对中子辐射和微重力刺激的响应存在差异。本研究结果有望初步解释空间辐射或微重力对视网膜损伤的机制，为制定针对性的防护措施提供参考。
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doi: 10.11728/cjss2024-0077
摘要:
作为电离层监测的有效手段，NeQuick G模型和全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）气象、电离层和气候的星座观测系统2（Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere and Climate 2, COSMIC-2）掩星分别提供了电离层在任意时间和空间上的电子密度、电离层总电子含量（Total Electron Content, TEC）模型数据和实测的电离层剖面资料。而基于GNSS数据的电离层层析算法能重构任意时间，特别是电离层扰动时期大尺度的电离层时空分布，但电离层层析算法也受到数据覆盖不均匀、垂向反演精度较低的局限。本文通过对三维电离层层析算法的改进，不仅融合NeQuick G模型的剖面和COSMIC-2的剖面观测资料，还使用COSMIC-2数据作为层析算法的输入之一，重构了中国及周边区域2021年11月3日、4日电离层扰动阶段的电子密度分布。同时，利用测高仪的观测数据作为真实数据对层析反演出的F2层峰值电子密度（NmF2）和F2层峰值高度（hmF2）进行了评估。实验结果显示，NmF2层析结果的均方根误差（Root Mean Squared Error, RMSE）的改进百分比最高为48.96%；hmF2层析结果的RMSE改进百分比最高为72.43%。
作为电离层监测的有效手段，NeQuick G模型和全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）气象、电离层和气候的星座观测系统2（Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere and Climate 2, COSMIC-2）掩星分别提供了电离层在任意时间和空间上的电子密度、电离层总电子含量（Total Electron Content, TEC）模型数据和实测的电离层剖面资料。而基于GNSS数据的电离层层析算法能重构任意时间，特别是电离层扰动时期大尺度的电离层时空分布，但电离层层析算法也受到数据覆盖不均匀、垂向反演精度较低的局限。本文通过对三维电离层层析算法的改进，不仅融合NeQuick G模型的剖面和COSMIC-2的剖面观测资料，还使用COSMIC-2数据作为层析算法的输入之一，重构了中国及周边区域2021年11月3日、4日电离层扰动阶段的电子密度分布。同时，利用测高仪的观测数据作为真实数据对层析反演出的F2层峰值电子密度（NmF2）和F2层峰值高度（hmF2）进行了评估。实验结果显示，NmF2层析结果的均方根误差（Root Mean Squared Error, RMSE）的改进百分比最高为48.96%；hmF2层析结果的RMSE改进百分比最高为72.43%。
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doi: 10.11728/cjss2024-0182
摘要:
海表流场是重要的海洋和气候变量，多普勒散射计因为其全球覆盖测量以及直接观测亚中尺度海表全流场的能力，已经成为海洋遥感观测技术研究的前沿。流场多普勒的定标和定量化测量是实现流场观测的基础和前提，是需要解决的关键核心问题。本文建立了地面散射回波仿真模型，对潜在可用于星载散射计外定标的自然地面扩展目标的多普勒谱特性进行了仿真分析，比较了其在不同平台运动速度、入射角、方位角下的变化特征。结果表明，平台运动速度是影响多普勒谱特性的主要因素，入射角和方位角的变化也有明显影响。对不同高度起伏的地面扩展目标的多普勒谱特性仿真结果表明，高度起伏越大的目标其多普勒谱偏移越大，同时中心高度的变化对于多普勒谱特性的影响则不明显。因此在定标目标的选择中，应选择较为平坦的扩展目标。最后提出了对地面回波多普勒频偏进行了分析，并使用DEM模型进行验证。探究结论将为多普勒散射计定标的后续研究提供支持。
海表流场是重要的海洋和气候变量，多普勒散射计因为其全球覆盖测量以及直接观测亚中尺度海表全流场的能力，已经成为海洋遥感观测技术研究的前沿。流场多普勒的定标和定量化测量是实现流场观测的基础和前提，是需要解决的关键核心问题。本文建立了地面散射回波仿真模型，对潜在可用于星载散射计外定标的自然地面扩展目标的多普勒谱特性进行了仿真分析，比较了其在不同平台运动速度、入射角、方位角下的变化特征。结果表明，平台运动速度是影响多普勒谱特性的主要因素，入射角和方位角的变化也有明显影响。对不同高度起伏的地面扩展目标的多普勒谱特性仿真结果表明，高度起伏越大的目标其多普勒谱偏移越大，同时中心高度的变化对于多普勒谱特性的影响则不明显。因此在定标目标的选择中，应选择较为平坦的扩展目标。最后提出了对地面回波多普勒频偏进行了分析，并使用DEM模型进行验证。探究结论将为多普勒散射计定标的后续研究提供支持。
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doi: 10.11728/cjss2025-0001
摘要:
本研究首先在近年来磁场变化较快的北极以及南大西洋异常区选取了国际地磁台网（INTERMAGNET）的4个地磁台站，利用国际地磁参考场模型IGRF以及目前国内时空分辨率最高的多场源模型Swarm模型两个时空分辨率不同的全球地磁场模型，定量研究了模型空间分辨率以及更新周期对地磁台站实测值的影响。研究结果表明：（1）同等更新周期情况下，在太阳活动宁静时期，对于岩石圈磁异常不明显的区域，IGRF和其它空间分辨率更高的地磁场模型给出的结果较为接近，而对于岩石圈磁异常较为明显的区域，空间分辨率更高的全球地磁场模型更接近实测值；（2）在IGRF未更新的五年内，地磁台站实测值与IGRF模型之间存在明显的时间漂移，典型漂移可达100nT以上，但漂移的量值也存在地区差异，这与地磁场全球变化不均匀有关。而相比之下，地磁台站观测值与Swarm模型之间则未观测到明显的漂移。这一结果表明在地磁场快速变化时期，缩短主磁场的更新周期十分必要。INTERMAGNET全球120个台站统计结果也表明，在IGRF五年更新周期内，Swarm模型相较于IGRF模型与观测值结果残差的均值和绝对中位差都更小，更高时空分辨率的Swarm模型计算结果更接近观测值，描述地磁场的精确度更高。本项研究工作可以为全球地磁模型的相关应用提供依据和参考。
本研究首先在近年来磁场变化较快的北极以及南大西洋异常区选取了国际地磁台网（INTERMAGNET）的4个地磁台站，利用国际地磁参考场模型IGRF以及目前国内时空分辨率最高的多场源模型Swarm模型两个时空分辨率不同的全球地磁场模型，定量研究了模型空间分辨率以及更新周期对地磁台站实测值的影响。研究结果表明：（1）同等更新周期情况下，在太阳活动宁静时期，对于岩石圈磁异常不明显的区域，IGRF和其它空间分辨率更高的地磁场模型给出的结果较为接近，而对于岩石圈磁异常较为明显的区域，空间分辨率更高的全球地磁场模型更接近实测值；（2）在IGRF未更新的五年内，地磁台站实测值与IGRF模型之间存在明显的时间漂移，典型漂移可达100nT以上，但漂移的量值也存在地区差异，这与地磁场全球变化不均匀有关。而相比之下，地磁台站观测值与Swarm模型之间则未观测到明显的漂移。这一结果表明在地磁场快速变化时期，缩短主磁场的更新周期十分必要。INTERMAGNET全球120个台站统计结果也表明，在IGRF五年更新周期内，Swarm模型相较于IGRF模型与观测值结果残差的均值和绝对中位差都更小，更高时空分辨率的Swarm模型计算结果更接近观测值，描述地磁场的精确度更高。本项研究工作可以为全球地磁模型的相关应用提供依据和参考。
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doi: 10.11728/cjss2024-0198
摘要:
摘 要 本文利用IGS提供的全球电离层数据，采用滑动四分位距法对2023年3-4月发生的两次橙色级别地磁暴期间的电离层扰动情况进行分析研究。结果表明：日冕物质抛射是引发两次地磁扰动的首要诱因，当叠加暗条爆发等因素后，会增强地磁暴发生的强度，并使引发的电离层TEC扰动的发生过程及分布特征具有明显差异。3月地磁期间的电离层扰动呈现东西向不对称分布，而4月地磁期间的电离层扰动全过程表现为由正相扰动向负相扰动的转变。此外，东亚-澳洲（120°E）一线北半球的电离层TEC含量显著高于南半球，电离层扰动时幅度变化在地磁暴恢复相阶段最为显著，呈现出低纬正向扰动，中高纬负相扰动的分布规律。
摘 要 本文利用IGS提供的全球电离层数据，采用滑动四分位距法对2023年3-4月发生的两次橙色级别地磁暴期间的电离层扰动情况进行分析研究。结果表明：日冕物质抛射是引发两次地磁扰动的首要诱因，当叠加暗条爆发等因素后，会增强地磁暴发生的强度，并使引发的电离层TEC扰动的发生过程及分布特征具有明显差异。3月地磁期间的电离层扰动呈现东西向不对称分布，而4月地磁期间的电离层扰动全过程表现为由正相扰动向负相扰动的转变。此外，东亚-澳洲（120°E）一线北半球的电离层TEC含量显著高于南半球，电离层扰动时幅度变化在地磁暴恢复相阶段最为显著，呈现出低纬正向扰动，中高纬负相扰动的分布规律。
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doi: 10.11728/cjss2024-0185
摘要:
在微重力环境下进行材料科学实验可以消除重力对材料实验过程的干扰，揭示材料生长过程的本征规律，获得具有更高性能的材料。中国空间站高温材料科学实验柜配备了X射线透射成像模块，能够实现在微重力条件下对材料凝固过程的实时成像和观察。受空间站实验条件等因素的限制，X射线透射成像模块拍摄到的材料X射线图像模糊不清，图像中的微观结构难以直接观察。本文提出了一种专为Na6Mo11O36材料凝固过程产生的微观结构设计的图像分割算法GC-UNet++，并从图像分割性能及材料科学两个方面对GC-UNet++算法进行全面评估。实验结果表明，GC-UNet++在图像分割任务中，相较于UNet、UNet++、DC-UNet、UNet3+、Pretrained-microscopy-models等图像分割算法，在各项图像分割指标上均有明显提升，能够更准确地分割出Na6Mo11O36材料在生长过程中形成的微观结构。这为材料的微观结构分割研究提供了新的思路和方法，具有重要的应用价值。
在微重力环境下进行材料科学实验可以消除重力对材料实验过程的干扰，揭示材料生长过程的本征规律，获得具有更高性能的材料。中国空间站高温材料科学实验柜配备了X射线透射成像模块，能够实现在微重力条件下对材料凝固过程的实时成像和观察。受空间站实验条件等因素的限制，X射线透射成像模块拍摄到的材料X射线图像模糊不清，图像中的微观结构难以直接观察。本文提出了一种专为Na6Mo11O36材料凝固过程产生的微观结构设计的图像分割算法GC-UNet++，并从图像分割性能及材料科学两个方面对GC-UNet++算法进行全面评估。实验结果表明，GC-UNet++在图像分割任务中，相较于UNet、UNet++、DC-UNet、UNet3+、Pretrained-microscopy-models等图像分割算法，在各项图像分割指标上均有明显提升，能够更准确地分割出Na6Mo11O36材料在生长过程中形成的微观结构。这为材料的微观结构分割研究提供了新的思路和方法，具有重要的应用价值。
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doi: 10.11728/cjss2024-0086
摘要:
在空间图像的面元天体进行测量的过程中, 边缘提取是一个重要的部分. 使用传统算子如Roberts算子等进行检测时, 容易受到噪声和天体表面细节的影响. 提出一种基于残差神经网络(ResNet)的边缘提取方法, 可基于足够的数据集提取更精确的边缘. 同时, 也提出了一种具有鲁棒性的, 不依赖于数据集与计算资源的方法, 命名为窗口-边缘检测法. 对New Horizons LORRI图像的实验结果表明, ResNet 能够检测到更多的边缘像素点, 而窗口-边缘检测法则能够去除更多的非边缘像素点.
在空间图像的面元天体进行测量的过程中, 边缘提取是一个重要的部分. 使用传统算子如Roberts算子等进行检测时, 容易受到噪声和天体表面细节的影响. 提出一种基于残差神经网络(ResNet)的边缘提取方法, 可基于足够的数据集提取更精确的边缘. 同时, 也提出了一种具有鲁棒性的, 不依赖于数据集与计算资源的方法, 命名为窗口-边缘检测法. 对New Horizons LORRI图像的实验结果表明, ResNet 能够检测到更多的边缘像素点, 而窗口-边缘检测法则能够去除更多的非边缘像素点.
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doi: 10.11728/cjss2025-0009
摘要:
基于南极中山站1993-2023年Brewer光谱仪观测大气臭氧总量（TOC），对再分析数据Merra2和ERA5的TOC进行验证、评估和趋势分析。结果表明，1）再分析数据与地基测值在反映南极“臭氧洞”现象及TOC季节变化均一致。 日均 Merra2和ERA5的TOC差异(∆TOC （DU）)分别为-2.0±9.6DU和3.2±7.8DU；相对差异(∆TOC(%))概率分布均呈随机特征且中心值分别为-0.69%和1.5%（P<0.0001）。2）在1993-2004年和2005-2023年两个时段的“臭氧洞（地基TOC≤220DU）”期间, Merra2的∆TOC（%）均值先后分别为6.9%±4.6%（1σ）和-0.4%±2.3%，而ERA5则分别为4.6%±2.0%（1σ）和6.4%±3.1%(1σ)；在非“臭氧洞”期间两者对应均值都在±2%以内；随太阳天顶角（SZA）上升，Merra2 和ERA5的∆TOC（%）在1993-2004年分别呈现3%和2%上升、而在2005-2023年则分别呈-2%下降和2%上升;2005-2023年的再分析TOC数据质量优于1993-2004年;Merra2在2005年以后系统地低于地基TOC值，最低可达6%以上，而ERA5在2012年则系统地高于地基TOC高值。3）经Brewer测值订正后的再分析数据均一致地展现出中山站TOC恢复态势，其中ERA5的恢复速率是 1.3DU/10a。研究建议再分析数据在被地基验证和订正之前应慎用于评估南极TOC长期变化趋势。地基TOC观测时数虽然受SZA或天气的影响而远低于再分析数据，但对再分析数据的验证是评估TOC长期变化的关键依据。
基于南极中山站1993-2023年Brewer光谱仪观测大气臭氧总量（TOC），对再分析数据Merra2和ERA5的TOC进行验证、评估和趋势分析。结果表明，1）再分析数据与地基测值在反映南极“臭氧洞”现象及TOC季节变化均一致。 日均 Merra2和ERA5的TOC差异(∆TOC （DU）)分别为-2.0±9.6DU和3.2±7.8DU；相对差异(∆TOC(%))概率分布均呈随机特征且中心值分别为-0.69%和1.5%（P<0.0001）。2）在1993-2004年和2005-2023年两个时段的“臭氧洞（地基TOC≤220DU）”期间, Merra2的∆TOC（%）均值先后分别为6.9%±4.6%（1σ）和-0.4%±2.3%，而ERA5则分别为4.6%±2.0%（1σ）和6.4%±3.1%(1σ)；在非“臭氧洞”期间两者对应均值都在±2%以内；随太阳天顶角（SZA）上升，Merra2 和ERA5的∆TOC（%）在1993-2004年分别呈现3%和2%上升、而在2005-2023年则分别呈-2%下降和2%上升;2005-2023年的再分析TOC数据质量优于1993-2004年;Merra2在2005年以后系统地低于地基TOC值，最低可达6%以上，而ERA5在2012年则系统地高于地基TOC高值。3）经Brewer测值订正后的再分析数据均一致地展现出中山站TOC恢复态势，其中ERA5的恢复速率是 1.3DU/10a。研究建议再分析数据在被地基验证和订正之前应慎用于评估南极TOC长期变化趋势。地基TOC观测时数虽然受SZA或天气的影响而远低于再分析数据，但对再分析数据的验证是评估TOC长期变化的关键依据。
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doi: 10.11728/cjss2025-0004
摘要:
利用子午工程富克站（19.5°N, 109.1°E）630 nm气辉成像仪、电离层测高仪、VHF雷达回波强度数据和Dalat地磁台站（11.9°N, 108.5°E; GL:2.5°）、PHU Thuy地磁台站（21.0°N, 105.9°E; GL:11.5°）地磁水平分量数据及ACE卫星的行星际磁场、太阳风速度观测数据，针对2015年3月特大磁暴期间海南上空电离层等离子体泡进行了研究。结果显示，磁暴前后均观测到午夜前等离子体泡和日落后电离层底部虚高的抬升现象；磁暴期间电离层底部虚高抬升受显著抑制，富克站未观测到等离子体泡。对行星际电/磁场及地磁水平分量的变化情况的分析表明，磁暴期间电离层翻转前增强（Pre-reversal enhancement, PRE）电场可能先后被西极性过屏蔽穿透电场和扰动发电机电场抑制，导致瑞丽-泰勒不稳定性降低，不利于等离子体泡/电离层不规则体结构的发育。
利用子午工程富克站（19.5°N, 109.1°E）630 nm气辉成像仪、电离层测高仪、VHF雷达回波强度数据和Dalat地磁台站（11.9°N, 108.5°E; GL:2.5°）、PHU Thuy地磁台站（21.0°N, 105.9°E; GL:11.5°）地磁水平分量数据及ACE卫星的行星际磁场、太阳风速度观测数据，针对2015年3月特大磁暴期间海南上空电离层等离子体泡进行了研究。结果显示，磁暴前后均观测到午夜前等离子体泡和日落后电离层底部虚高的抬升现象；磁暴期间电离层底部虚高抬升受显著抑制，富克站未观测到等离子体泡。对行星际电/磁场及地磁水平分量的变化情况的分析表明，磁暴期间电离层翻转前增强（Pre-reversal enhancement, PRE）电场可能先后被西极性过屏蔽穿透电场和扰动发电机电场抑制，导致瑞丽-泰勒不稳定性降低，不利于等离子体泡/电离层不规则体结构的发育。
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doi: 10.11728/cjss2024-0109
摘要:
地磁模型固有误差大、系数更新时间长等是制约地磁导航精度提高的主要原因。为了解决该问题，本文提出一种基于正则化极限学习机的误差预测模型，通过建立地磁参数及时间信息与地磁场强度矢量要素之间的映射关系，结合真实卫星的磁场测量数据，实现了对地磁场模型误差的估计和预测；然后提出一种模型预测方法与扩展卡尔曼滤波融合的地磁导航方法，利用在轨卫星的地磁实测数据对导航结果进行仿真验证结果表明：同常规的几种神经网络预测方法相比，地磁导航的位置精度能够达到1.96km，说明所提出的误差预测模型可以有效的改善地磁导航性能和精度。
地磁模型固有误差大、系数更新时间长等是制约地磁导航精度提高的主要原因。为了解决该问题，本文提出一种基于正则化极限学习机的误差预测模型，通过建立地磁参数及时间信息与地磁场强度矢量要素之间的映射关系，结合真实卫星的磁场测量数据，实现了对地磁场模型误差的估计和预测；然后提出一种模型预测方法与扩展卡尔曼滤波融合的地磁导航方法，利用在轨卫星的地磁实测数据对导航结果进行仿真验证结果表明：同常规的几种神经网络预测方法相比，地磁导航的位置精度能够达到1.96km，说明所提出的误差预测模型可以有效的改善地磁导航性能和精度。
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doi: 10.11728/cjss2024-0129
摘要:
随着国内空间碎片监测设备的不断增多，如何有效利用大量观测数据以发挥商业航天的价值，成为一个值得深入研究的重要课题。本文利用我国商业航天公司的“仰望一号”天基观测数据和“烛龙”地基观测网的数据，开展了GEO（地球同步轨道）目标和LEO（低地球轨道）目标的初轨确定，并通过TLE作为已知值来估计初轨误差。具体结果如下：GEO目标的观测弧长约为49.8s，初轨半长轴误差为84.4km，倾角误差为0.4度；LEO目标的观测弧长约为84.5s，初轨半长轴误差为12km，倾角误差为0.08度。结果表明，本文采用的初轨确定算法是可行的，并展示了商业航天领域中天地基光电监测设备的巨大潜力。
随着国内空间碎片监测设备的不断增多，如何有效利用大量观测数据以发挥商业航天的价值，成为一个值得深入研究的重要课题。本文利用我国商业航天公司的“仰望一号”天基观测数据和“烛龙”地基观测网的数据，开展了GEO（地球同步轨道）目标和LEO（低地球轨道）目标的初轨确定，并通过TLE作为已知值来估计初轨误差。具体结果如下：GEO目标的观测弧长约为49.8s，初轨半长轴误差为84.4km，倾角误差为0.4度；LEO目标的观测弧长约为84.5s，初轨半长轴误差为12km，倾角误差为0.08度。结果表明，本文采用的初轨确定算法是可行的，并展示了商业航天领域中天地基光电监测设备的巨大潜力。
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doi: 10.11728/cjss2024-0123
摘要:
电离层总电子含量（Total Electronic Content，TEC）是电离层的重要特征参数，对导航误差修正等应用有较大影响，但是目前的电离层TEC预报精度无法完全满足需求，尤其在太阳风暴期间的精度和提前量方面存在不足。论文针对区域电离层TEC预报需要，综合考虑电离层TEC的频域和时域特性，根据电离层TEC的变化受太阳活动影响存在趋势性、周期性和突发性的特征，在分析太阳活动高低年趋势基础上，在频域用多个周期长度解析电离层TEC变化，在时域上考虑地磁暴等因素对电离层TEC的突发性影响，将Dst指数、经纬度作为输入参数，对各个区域磁层-电离层耦合情况进行特异性建模。实验结果表明，在地磁平静时期，本文方法7天预报值的RMSE优于1.262 TECU，1天预报值的RMSE优于1.094 TECU；在地磁活跃时期，7天预报值的RMSE优于4.186 TECU，1天预报值的RMSE优于4.115 TECU。本文建立了具备7天提前量的预报模型，方法在预报精度和时效方面表现良好。
电离层总电子含量（Total Electronic Content，TEC）是电离层的重要特征参数，对导航误差修正等应用有较大影响，但是目前的电离层TEC预报精度无法完全满足需求，尤其在太阳风暴期间的精度和提前量方面存在不足。论文针对区域电离层TEC预报需要，综合考虑电离层TEC的频域和时域特性，根据电离层TEC的变化受太阳活动影响存在趋势性、周期性和突发性的特征，在分析太阳活动高低年趋势基础上，在频域用多个周期长度解析电离层TEC变化，在时域上考虑地磁暴等因素对电离层TEC的突发性影响，将Dst指数、经纬度作为输入参数，对各个区域磁层-电离层耦合情况进行特异性建模。实验结果表明，在地磁平静时期，本文方法7天预报值的RMSE优于1.262 TECU，1天预报值的RMSE优于1.094 TECU；在地磁活跃时期，7天预报值的RMSE优于4.186 TECU，1天预报值的RMSE优于4.115 TECU。本文建立了具备7天提前量的预报模型，方法在预报精度和时效方面表现良好。
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doi: 10.11728/cjss2024-0101
摘要:
考虑具有时频变化的空间外热流，考虑具有单一超低热导率隔热材料，采用广义热弹性理论和一维热波理论对外热流噪声在单级隔热材料中的传递过程建立数理模型。结合一维热波理论的CV模型构建了温度的阻尼振荡模型，对外热流在单层材料中的准稳态传递过程进行数理建模，构建温度噪声对外热流噪声响应的函数关系，获得节点温度相应特性；通过敏感度分析，厘清影响温度噪声衰减的关键参数及其影响规律。
考虑具有时频变化的空间外热流，考虑具有单一超低热导率隔热材料，采用广义热弹性理论和一维热波理论对外热流噪声在单级隔热材料中的传递过程建立数理模型。结合一维热波理论的CV模型构建了温度的阻尼振荡模型，对外热流在单层材料中的准稳态传递过程进行数理建模，构建温度噪声对外热流噪声响应的函数关系，获得节点温度相应特性；通过敏感度分析，厘清影响温度噪声衰减的关键参数及其影响规律。
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doi: 10.11728/cjss2024-0162
摘要:
太赫兹固态肖特基谐波混频技术是空间天文、行星、大气探测的重要手段，显然研究太赫兹单片集成谐波混频器具有重要意义，克服了传统混合集成方法（即将分立的肖特基二极管与石英匹配电路胶接而成）存在的装配难、热效应不平衡、可靠性差等系列问题。本文基于全国产自主砷化镓流片工艺线，完成了一款550 GHz频段单片集成谐波混频器的研制与验证。二极管设计方面，建立精确的肖特基变阻管非线性和三维电磁模型；匹配电路方面，采用典型的减高波导、高低阻抗悬置微带线（实现RF与LO信号的隔离）、矩形探针等结构，结合场路分析方法，实现最简化匹配电路设计；整体电路含二极管对集成在3 μm厚的GaAs薄膜上，并通过两侧的梁氏引线实现与腔体的固定安装。测试结果表明：混频器模块在548~572 GHz单边带变频损耗优于13.4 dB，并基于此结果实现了设计的反馈仿真研究。
太赫兹固态肖特基谐波混频技术是空间天文、行星、大气探测的重要手段，显然研究太赫兹单片集成谐波混频器具有重要意义，克服了传统混合集成方法（即将分立的肖特基二极管与石英匹配电路胶接而成）存在的装配难、热效应不平衡、可靠性差等系列问题。本文基于全国产自主砷化镓流片工艺线，完成了一款550 GHz频段单片集成谐波混频器的研制与验证。二极管设计方面，建立精确的肖特基变阻管非线性和三维电磁模型；匹配电路方面，采用典型的减高波导、高低阻抗悬置微带线（实现RF与LO信号的隔离）、矩形探针等结构，结合场路分析方法，实现最简化匹配电路设计；整体电路含二极管对集成在3 μm厚的GaAs薄膜上，并通过两侧的梁氏引线实现与腔体的固定安装。测试结果表明：混频器模块在548~572 GHz单边带变频损耗优于13.4 dB，并基于此结果实现了设计的反馈仿真研究。
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doi: 10.11728/cjss2025-0013
摘要:
美国阿尔忒弥斯任务建造和运行月球轨道门户空间站期间，将在近直线晕轨道（Near-rectilinear halo orbit，NRHO）实施大量货运和载人飞行交会对接任务。针对NRHO轨道的调相轨道优化问题，基于圆型限制性三体问题模型，首先通过信赖域算法对转移时间进行遍历，之后采用非线性优化算法局部优化修正位置误差，最后通过迭代求解非线性方程组降低速度增量，实现了低燃料消耗的NRHO轨道调相优化；针对调相代价问题，利用该方法对NRHO轨道上不同转移时间和不同相位关系的调相场景进行了分析。结果表明：该算法计算效率较高，相较于遗传算法减少了53.2%的计算时间；转移时间越长（转移轨道圈数越多）转移消耗的速度增量越小；目标航天器相位滞后选取绕NRHO外圈的调相方式省燃料，反之绕内圈省燃料；追踪航天器从近月点出发时消耗的速度增量较小。
美国阿尔忒弥斯任务建造和运行月球轨道门户空间站期间，将在近直线晕轨道（Near-rectilinear halo orbit，NRHO）实施大量货运和载人飞行交会对接任务。针对NRHO轨道的调相轨道优化问题，基于圆型限制性三体问题模型，首先通过信赖域算法对转移时间进行遍历，之后采用非线性优化算法局部优化修正位置误差，最后通过迭代求解非线性方程组降低速度增量，实现了低燃料消耗的NRHO轨道调相优化；针对调相代价问题，利用该方法对NRHO轨道上不同转移时间和不同相位关系的调相场景进行了分析。结果表明：该算法计算效率较高，相较于遗传算法减少了53.2%的计算时间；转移时间越长（转移轨道圈数越多）转移消耗的速度增量越小；目标航天器相位滞后选取绕NRHO外圈的调相方式省燃料，反之绕内圈省燃料；追踪航天器从近月点出发时消耗的速度增量较小。
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doi: 10.11728/cjss2024-0132
摘要:
张衡一号卫星在轨六年积累了海量的观测数据，从中检测所有的闪电哨声波事件（Lightning Whistler, LW）对于全面分析空间物理环境的变化规律具有非常重要的意义。然而，依靠当前主流的基于时频图像的LW检测技术完成上述任务需要约40年的时间。为了克服其推理速度慢的问题以满足实际工程需求，本研究首次从音频事件检测的角度，提出了一种高速的闪电哨声波检测模型（a novel neural network for detecting whistler at an extremely fast speed）-WhisNet，该模型将完成上述任务的时间成本从40年压缩到了54天。首先，以4秒时间滑动窗截取波形数据；然后提取其梅尔频谱音频特征；接着构建轻量的卷积循环神经网络（CRNN）进一步提取LW的音频事件特征；最后在输出层创建两个全连接网络，使其输出每个LW事件的起始时间和持续时长。为了评估模型的性能和计算速度，在2020年4月1日至10日感应磁力仪（SCM）的数据上开展实验，得到实验结果如下：WhisNet模型检测的性能与基于时频图像的方法的性能相当，但计算量与参数量明显下降了99%，计算速度显著提升了98%；进一步将该模型应用2020年5月的SCM数据，对其检测结果进行统计，并与2020年5月的WCLG (The WWLLN Global Lightning Climatology and timeseries)平均闪电密度趋势进行可视化对比发现：两者具有高度的一致性，也进一步证实了WhisNet模型在大规模卫星数据处理中的适用性和准确性。该方法对于充分挖掘其他海量的地球空间事件具有非常重要的参考意义。
张衡一号卫星在轨六年积累了海量的观测数据，从中检测所有的闪电哨声波事件（Lightning Whistler, LW）对于全面分析空间物理环境的变化规律具有非常重要的意义。然而，依靠当前主流的基于时频图像的LW检测技术完成上述任务需要约40年的时间。为了克服其推理速度慢的问题以满足实际工程需求，本研究首次从音频事件检测的角度，提出了一种高速的闪电哨声波检测模型（a novel neural network for detecting whistler at an extremely fast speed）-WhisNet，该模型将完成上述任务的时间成本从40年压缩到了54天。首先，以4秒时间滑动窗截取波形数据；然后提取其梅尔频谱音频特征；接着构建轻量的卷积循环神经网络（CRNN）进一步提取LW的音频事件特征；最后在输出层创建两个全连接网络，使其输出每个LW事件的起始时间和持续时长。为了评估模型的性能和计算速度，在2020年4月1日至10日感应磁力仪（SCM）的数据上开展实验，得到实验结果如下：WhisNet模型检测的性能与基于时频图像的方法的性能相当，但计算量与参数量明显下降了99%，计算速度显著提升了98%；进一步将该模型应用2020年5月的SCM数据，对其检测结果进行统计，并与2020年5月的WCLG (The WWLLN Global Lightning Climatology and timeseries)平均闪电密度趋势进行可视化对比发现：两者具有高度的一致性，也进一步证实了WhisNet模型在大规模卫星数据处理中的适用性和准确性。该方法对于充分挖掘其他海量的地球空间事件具有非常重要的参考意义。
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doi: 10.11728/cjss2024-0117
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电离层总电子含量（total electron content, TEC）是影响无线电波传播和航天活动的重要参数，但传统统计模型在应对TEC数据的高噪声、非平稳性及其复杂动态特征时表现出显著局限性。为此，本研究提出了一种结合时空Transformer（SpatioTemporalTransformer，STT）和长短期记忆网络（long short-term memory, LSTM）的组合预测模型，并引入具有注意力权重的辅助预测因子。在中国及周边地区电离层TEC预测实验中，使用2000年至2022年的数据进行训练，并将太阳峰年2023年的数据则作为测试集，重点评估不同参数组合对不同状态下电离层TEC预测性能的影响。消融实验证明本文所提组合模型的预测性能优于单一模型，带有注意力权重的辅助预测因子的组合模型在2023年测试集上的平均相对精度P均值从单一模型的87.45%提升至87.63%，而地磁平静期间和地磁暴期间的最高平均相对精度则分别达到94.34%和93.17%。此外，在测试集上持续时间最长的地磁平静期（DOY 221~244）和地磁暴期（DOY 166~181），平均相对精度P均值分别为90.98%和90.16%。这一结果表明，模型在不同电离层状态下均能保持较高的TEC预测精度。
中图分类号 P352
电离层总电子含量（total electron content, TEC）是影响无线电波传播和航天活动的重要参数，但传统统计模型在应对TEC数据的高噪声、非平稳性及其复杂动态特征时表现出显著局限性。为此，本研究提出了一种结合时空Transformer（SpatioTemporalTransformer，STT）和长短期记忆网络（long short-term memory, LSTM）的组合预测模型，并引入具有注意力权重的辅助预测因子。在中国及周边地区电离层TEC预测实验中，使用2000年至2022年的数据进行训练，并将太阳峰年2023年的数据则作为测试集，重点评估不同参数组合对不同状态下电离层TEC预测性能的影响。消融实验证明本文所提组合模型的预测性能优于单一模型，带有注意力权重的辅助预测因子的组合模型在2023年测试集上的平均相对精度P均值从单一模型的87.45%提升至87.63%，而地磁平静期间和地磁暴期间的最高平均相对精度则分别达到94.34%和93.17%。此外，在测试集上持续时间最长的地磁平静期（DOY 221~244）和地磁暴期（DOY 166~181），平均相对精度P均值分别为90.98%和90.16%。这一结果表明，模型在不同电离层状态下均能保持较高的TEC预测精度。
中图分类号 P352
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doi: 10.11728/cjss2024-0180
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针对当前复杂区域难以获取较高精度的高程异常值问题，本文提出一种基于IHHO-LSSVM的高程异常拟合方法。首先，采用具有非线性的收敛因子、跳跃距离和自适应权重对哈里斯鹰优化算法(Harris Hawk Optimization, HHO)进行改进；然后，利用改进后的HHO算法为最小二乘向量机(Least Squares Support Vector Machine, LSSVM)高程异常拟合模型提供更为精确的正则化参数和核函数；最后，为验证高程异常组合模型在复杂地形中的适应性，以高程异常值的均方根误差作为评判依据，并结合两组不同地形的工程实例数据进行试验。结果表明，在桥梁带状区域和喀斯特面状区域，相比于HHO-LSSVM法和LSSVM法，IHHO-LSSVM拟合模型的外符合精度更高、稳定性更强、适应性更广，其中桥梁带状区域精度达到0.0101m，喀斯特面状区域达到0.0125m，可为GNSS高程异常拟合模型的建立提供一定的参考价值。
针对当前复杂区域难以获取较高精度的高程异常值问题，本文提出一种基于IHHO-LSSVM的高程异常拟合方法。首先，采用具有非线性的收敛因子、跳跃距离和自适应权重对哈里斯鹰优化算法(Harris Hawk Optimization, HHO)进行改进；然后，利用改进后的HHO算法为最小二乘向量机(Least Squares Support Vector Machine, LSSVM)高程异常拟合模型提供更为精确的正则化参数和核函数；最后，为验证高程异常组合模型在复杂地形中的适应性，以高程异常值的均方根误差作为评判依据，并结合两组不同地形的工程实例数据进行试验。结果表明，在桥梁带状区域和喀斯特面状区域，相比于HHO-LSSVM法和LSSVM法，IHHO-LSSVM拟合模型的外符合精度更高、稳定性更强、适应性更广，其中桥梁带状区域精度达到0.0101m，喀斯特面状区域达到0.0125m，可为GNSS高程异常拟合模型的建立提供一定的参考价值。
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doi: 10.11728/cjss2024-0186
摘要:
在综合孔径射电望远镜中，从测量的可见度函数重构出辐射信号是一个病态的反问题。虽然压缩感知技术已成功地应用于综合孔径射电望远镜成像中，但是传统的压缩感知算法利用L1范数来近似取代L0范数，带来了一定的偏差。针对此问题，提出了一种基于最小最大凹惩罚的综合孔径射电望远镜成像方法。该方法利用最小最大凹惩罚来近似L0范数，并利用快速迭代软阈值算法求解最小化模型。在求解过程中，采用最大似然估计来自适应选取正则化参数，并采用重启和自适应策略来提高算法的收敛速度。实验结果表明，该方法在重建精度和对噪声鲁棒性方面优于目前典型的压缩感知算法，证明了其有效性。
在综合孔径射电望远镜中，从测量的可见度函数重构出辐射信号是一个病态的反问题。虽然压缩感知技术已成功地应用于综合孔径射电望远镜成像中，但是传统的压缩感知算法利用L1范数来近似取代L0范数，带来了一定的偏差。针对此问题，提出了一种基于最小最大凹惩罚的综合孔径射电望远镜成像方法。该方法利用最小最大凹惩罚来近似L0范数，并利用快速迭代软阈值算法求解最小化模型。在求解过程中，采用最大似然估计来自适应选取正则化参数，并采用重启和自适应策略来提高算法的收敛速度。实验结果表明，该方法在重建精度和对噪声鲁棒性方面优于目前典型的压缩感知算法，证明了其有效性。
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doi: 10.11728/cjss2024-0094
摘要:
WASP（Wallops Arc Second Pointer）是由美国国家航空航天局（NASA）开发的一种用于高空科学气球载观测仪器指向控制的系统，旨在实现高精度天文观测任务。该系统结合精密机械和电子组件，辅以超压气球技术，能在临近空间执行长时飞行任务，同时保持亚角秒级的指向精度。WASP系统的灵活性和标准化设计使其能够适配多种科学载荷，满足不同的任务需求。在空间科学领域，WASP系统的应用不仅拓宽了高空科学气球的研究范围，也为临近空间天文台的建设提供了创新方案，推动了对临近空间的探索。WASP系统的成功试飞和应用，为其在行星科学、天体物理学和地球观测等领域的应用奠定了基础。
WASP（Wallops Arc Second Pointer）是由美国国家航空航天局（NASA）开发的一种用于高空科学气球载观测仪器指向控制的系统，旨在实现高精度天文观测任务。该系统结合精密机械和电子组件，辅以超压气球技术，能在临近空间执行长时飞行任务，同时保持亚角秒级的指向精度。WASP系统的灵活性和标准化设计使其能够适配多种科学载荷，满足不同的任务需求。在空间科学领域，WASP系统的应用不仅拓宽了高空科学气球的研究范围，也为临近空间天文台的建设提供了创新方案，推动了对临近空间的探索。WASP系统的成功试飞和应用，为其在行星科学、天体物理学和地球观测等领域的应用奠定了基础。
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doi: 10.11728/cjss2024-0127
摘要:
针对月球探测工程中大系统设计与接口验证难点，为有效解决需求、功能和接口等先期验证问题，将统一体系结构框架(Unified Architecture Framework, UAF)进行适应性裁剪和组合，提出了基于UAF的月球探测工程设计与建模方法。以月球探测各阶段中关键环节为分析重点，建立了基于战略、业务、资源视点下相关领域的视图模型，通过需求追溯和逻辑仿真迭代验证以优化模型，该方法提升了设计与建模的合理性和有效性，为月球探测工程顶层设计提供可行性参考。
针对月球探测工程中大系统设计与接口验证难点，为有效解决需求、功能和接口等先期验证问题，将统一体系结构框架(Unified Architecture Framework, UAF)进行适应性裁剪和组合，提出了基于UAF的月球探测工程设计与建模方法。以月球探测各阶段中关键环节为分析重点，建立了基于战略、业务、资源视点下相关领域的视图模型，通过需求追溯和逻辑仿真迭代验证以优化模型，该方法提升了设计与建模的合理性和有效性，为月球探测工程顶层设计提供可行性参考。
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doi: 10.11728/cjss2024-0105
摘要:
青藏高原臭氧谷对全球气候具有重要影响，为探索臭氧谷具体时空特征，本文主要利用OMI和MLS提供的2010~2023年青藏高原和同纬度地区臭氧总量日观测数据、对流层臭氧月均值数据和臭氧廓线数据，对青藏高原上空臭氧低值中心的时空分布特征进行相应分析，并简要讨论总结了该现象产生的可能原因。研究结果表明：（1）青藏高原和全球同纬度地区相比，夏季存在明显的臭氧低值现象；（2）青藏高原垂直方向臭氧低值主要发生在15~20km范围内，其中最低值对应高度为16.8km，大致位于对流层顶；（3）青藏高原内部臭氧低值现象存在明显的地域差异，冬季南部和北部规律相反。
青藏高原臭氧谷对全球气候具有重要影响，为探索臭氧谷具体时空特征，本文主要利用OMI和MLS提供的2010~2023年青藏高原和同纬度地区臭氧总量日观测数据、对流层臭氧月均值数据和臭氧廓线数据，对青藏高原上空臭氧低值中心的时空分布特征进行相应分析，并简要讨论总结了该现象产生的可能原因。研究结果表明：（1）青藏高原和全球同纬度地区相比，夏季存在明显的臭氧低值现象；（2）青藏高原垂直方向臭氧低值主要发生在15~20km范围内，其中最低值对应高度为16.8km，大致位于对流层顶；（3）青藏高原内部臭氧低值现象存在明显的地域差异，冬季南部和北部规律相反。
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doi: 10.11728/cjss2024-0131
摘要:
火星宜居环境的研究是火星探测和行星科学的重要内容之一。本文通过总结火星的探测任务及其研究成果，分析了火星宜居环境的四个关键要素，包括生命所需关键元素（碳、氮、硫和磷）、液态水、适宜的气候和能量来源。基于这四个关键要素，结合工程安全性和科学价值，本文提出乌托邦平原可作为天问三号任务的优选着陆区，并进一步对乌托邦平原的地质历史和宜居环境特征进行了探讨。结果表明，乌托邦平原因其地质多样性、液态水环境以及丰富的生命指示性矿物，是一个兼具科学价值与安全性的重要候选着陆区域。本文的研究为天问三号着陆区选择提供了参考，有助于火星上生命探索的研究。
火星宜居环境的研究是火星探测和行星科学的重要内容之一。本文通过总结火星的探测任务及其研究成果，分析了火星宜居环境的四个关键要素，包括生命所需关键元素（碳、氮、硫和磷）、液态水、适宜的气候和能量来源。基于这四个关键要素，结合工程安全性和科学价值，本文提出乌托邦平原可作为天问三号任务的优选着陆区，并进一步对乌托邦平原的地质历史和宜居环境特征进行了探讨。结果表明，乌托邦平原因其地质多样性、液态水环境以及丰富的生命指示性矿物，是一个兼具科学价值与安全性的重要候选着陆区域。本文的研究为天问三号着陆区选择提供了参考，有助于火星上生命探索的研究。
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doi: 10.11728/cjss2024-0178
摘要:
金星是类地行星的重要组成部分，金星的探测和研究具有很高的科学价值。金星表面高温、高压和腐蚀性的极端环境限制了人类对它的原位探索。面向未来金星表面长时间探测的需求，根据金星环境特点分析了着陆器长寿命生存面临的挑战，从轻质抗高压结构设计、耐高温电子设备、能源系统和热控技术四个方面梳理了金星着陆器长寿命生存技术的研究进展，为未来我国可能开展的金星着陆探测提供了参考。
金星是类地行星的重要组成部分，金星的探测和研究具有很高的科学价值。金星表面高温、高压和腐蚀性的极端环境限制了人类对它的原位探索。面向未来金星表面长时间探测的需求，根据金星环境特点分析了着陆器长寿命生存面临的挑战，从轻质抗高压结构设计、耐高温电子设备、能源系统和热控技术四个方面梳理了金星着陆器长寿命生存技术的研究进展，为未来我国可能开展的金星着陆探测提供了参考。
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doi: 10.11728/cjss2024-0175
摘要:
材料凝固过程时的温场对其最终的组织与性能有着重要影响。由于空间微重力环境与地面重力环境下热对流的不同，会导致空间与地面传热特性存在一定差异，从而导致材料实验炉内温场分布也存在差异。这使得在同样控温条件下实验时地面所获得的温场与空间温场存在差异，从而对空间与地面材料实验条件的对等性造成影响。为了获得微重力对传热的具体影响，本文建立了空间站高温材料实验炉三维传热数值计算模型并进行了合理地简化，分别对地面实验和空间实验进行了温度场的仿真模拟，由此得到了样品盒温度分布，并将仿真获得的温度与实测温度进行了对比，分析了在空间微重力环境与地面正常重力环境下传热参数的变化，得出了与实验条件相似的传热规律。研究结果为基于高温柜材料实验炉地基实验结果预测其空间温场分布提供了一个新的思路。
材料凝固过程时的温场对其最终的组织与性能有着重要影响。由于空间微重力环境与地面重力环境下热对流的不同，会导致空间与地面传热特性存在一定差异，从而导致材料实验炉内温场分布也存在差异。这使得在同样控温条件下实验时地面所获得的温场与空间温场存在差异，从而对空间与地面材料实验条件的对等性造成影响。为了获得微重力对传热的具体影响，本文建立了空间站高温材料实验炉三维传热数值计算模型并进行了合理地简化，分别对地面实验和空间实验进行了温度场的仿真模拟，由此得到了样品盒温度分布，并将仿真获得的温度与实测温度进行了对比，分析了在空间微重力环境与地面正常重力环境下传热参数的变化，得出了与实验条件相似的传热规律。研究结果为基于高温柜材料实验炉地基实验结果预测其空间温场分布提供了一个新的思路。
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doi: 10.11728/cjss2024-0177
摘要:
空间辐射器是航天热控系统的重要组成部分。为满足某低轨卫星散热与减重需求，借助反设计理念提出一种固定式蜂窝板辐射器的优化策略，通过宏观与微观传热角度阐述出辐射器性能改善的根本原因。以热管-管路布局参数作为设计变量，采用Kriging构建代理模型并基于NSGA-II算法迭代优化得到方案α与方案β，仿真结果表明：优化方案在降低辐射器质量约1/4的基础上，分别提高表面温度均匀性3.09K与4.98K，提高散热能力18.7%与28.8%。对优化前后方案卫星绕轨运行温度水平进行对比分析，结果表明辐射器的优化设计使航天器热控系统具有更大的温度控制余量且具备显著的减重优势，更有助于航天器在轨任务的进行与拓展。
空间辐射器是航天热控系统的重要组成部分。为满足某低轨卫星散热与减重需求，借助反设计理念提出一种固定式蜂窝板辐射器的优化策略，通过宏观与微观传热角度阐述出辐射器性能改善的根本原因。以热管-管路布局参数作为设计变量，采用Kriging构建代理模型并基于NSGA-II算法迭代优化得到方案α与方案β，仿真结果表明：优化方案在降低辐射器质量约1/4的基础上，分别提高表面温度均匀性3.09K与4.98K，提高散热能力18.7%与28.8%。对优化前后方案卫星绕轨运行温度水平进行对比分析，结果表明辐射器的优化设计使航天器热控系统具有更大的温度控制余量且具备显著的减重优势，更有助于航天器在轨任务的进行与拓展。
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doi: 10.11728/cjss2024-0187
摘要:
本文报道了一个外辐射带相对论电子微分通量快速演化事件。利用范艾伦探测器数据，我们对2016 年9月7日15: 19-15: 49 UT期间L≈5.8， MLT≈2，Mlat≈1.7位置的电子微分通量进行了观测，数据显示相对论电子在30分钟内由蝴蝶型分布逐步向平顶型分布转化。由于这段时间内卫星轨道速度较慢，位置变化很小，该观测可以近似看作针对固定空间位置。数值模拟表明哨声模合声波的作用是造成本事件中电子投掷角分布转化的主要机制。
本文报道了一个外辐射带相对论电子微分通量快速演化事件。利用范艾伦探测器数据，我们对2016 年9月7日15: 19-15: 49 UT期间L≈5.8， MLT≈2，Mlat≈1.7位置的电子微分通量进行了观测，数据显示相对论电子在30分钟内由蝴蝶型分布逐步向平顶型分布转化。由于这段时间内卫星轨道速度较慢，位置变化很小，该观测可以近似看作针对固定空间位置。数值模拟表明哨声模合声波的作用是造成本事件中电子投掷角分布转化的主要机制。
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doi: 10.11728/cjss2024-0184
摘要:
鉴于金刚石/铜复合材料具有较差的机加工性能，本文设计了一种分体式金刚石/铜复合材料微通道散热系统，并与纯铜微通道系统进行对比。以HFE-7100作为换热工质，研究了不同流速（0.3m/s、0.5m/s、0.7m/s）、不同肋高（1mm、1.5mm、2mm）下两种微通道系统的传热特性。当流速为0.7m/s，随着肋高的增加，临界功率下金刚石/铜微通道的芯片表面温度比纯铜微通道的芯片表面温度分别低了12℃、19℃、19.6℃。传热系数在三种肋高下分别最大提升27.8%、30.1%、28.1%，显示了金刚石/铜复合材料微通道的散热优势。两种微通道系统的压差在对流段几乎相同，当进入核态沸腾后逐渐产生差异，临界功率时金刚石/铜微通道系统压差均略高于纯铜微通道系统，最大增加了11.8%。
基金项目：国家重点研发计划（No.2022YFF0503502）；超硬材料磨具国家重点实验室开放课题（GXNGJSKL-2022-02）；西安交通大学青年拔尖人才支持计划。
鉴于金刚石/铜复合材料具有较差的机加工性能，本文设计了一种分体式金刚石/铜复合材料微通道散热系统，并与纯铜微通道系统进行对比。以HFE-7100作为换热工质，研究了不同流速（0.3m/s、0.5m/s、0.7m/s）、不同肋高（1mm、1.5mm、2mm）下两种微通道系统的传热特性。当流速为0.7m/s，随着肋高的增加，临界功率下金刚石/铜微通道的芯片表面温度比纯铜微通道的芯片表面温度分别低了12℃、19℃、19.6℃。传热系数在三种肋高下分别最大提升27.8%、30.1%、28.1%，显示了金刚石/铜复合材料微通道的散热优势。两种微通道系统的压差在对流段几乎相同，当进入核态沸腾后逐渐产生差异，临界功率时金刚石/铜微通道系统压差均略高于纯铜微通道系统，最大增加了11.8%。
基金项目：国家重点研发计划（No.2022YFF0503502）；超硬材料磨具国家重点实验室开放课题（GXNGJSKL-2022-02）；西安交通大学青年拔尖人才支持计划。
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doi: 10.11728/cjss2024-0066
摘要:
磁暴是地磁场扰动中最重要的类型，它影响着通信、电力和航空航天等领域。基于定点地磁观测分钟值数据，采用语谱图成像技术，运用VGG19卷积神经网络模型开展“磁暴日”和“磁静日”人工智能图像分类研究。结果表明，语谱图用于图像识别分类具有较高的实用性，且VGG19卷积神经网络模型用于地磁“磁暴日”和“磁静日”分类的可行性较高。
磁暴是地磁场扰动中最重要的类型，它影响着通信、电力和航空航天等领域。基于定点地磁观测分钟值数据，采用语谱图成像技术，运用VGG19卷积神经网络模型开展“磁暴日”和“磁静日”人工智能图像分类研究。结果表明，语谱图用于图像识别分类具有较高的实用性，且VGG19卷积神经网络模型用于地磁“磁暴日”和“磁静日”分类的可行性较高。
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doi: 10.11728/cjss2024-0125
摘要:
以巡天设备每天将探测到数以万计的变源天体以及对变源天体的观测需求增长为背景，形成了由高频动态到达的机遇目标（ToO）及其后随观测任务组成的长序列任务规划问题。该问题具有观测事件随机性、数据获取高时效性、可选择性多和约束复杂的特点，常被视为 NP 难题，因此获取监督学习的标签数据不易。而针对采用无监督学习的深度强化学习（DRL）方法求解长序列任务规划问题时，卫星作为智能体难以快速收敛至全局最优策略。为此本文借鉴局部注意力（LA）机制的思想对指针网络（PN）进行改进，提出局部注意力指针网络（LA-PN）算法。该算法通过引入时间窗口的方式，使模型专注于对当前决策有重要影响的序列部分，减少了无效探索。通过仿真结果对比分析，验证算法的收益性、实时性和泛化性。
以巡天设备每天将探测到数以万计的变源天体以及对变源天体的观测需求增长为背景，形成了由高频动态到达的机遇目标（ToO）及其后随观测任务组成的长序列任务规划问题。该问题具有观测事件随机性、数据获取高时效性、可选择性多和约束复杂的特点，常被视为 NP 难题，因此获取监督学习的标签数据不易。而针对采用无监督学习的深度强化学习（DRL）方法求解长序列任务规划问题时，卫星作为智能体难以快速收敛至全局最优策略。为此本文借鉴局部注意力（LA）机制的思想对指针网络（PN）进行改进，提出局部注意力指针网络（LA-PN）算法。该算法通过引入时间窗口的方式，使模型专注于对当前决策有重要影响的序列部分，减少了无效探索。通过仿真结果对比分析，验证算法的收益性、实时性和泛化性。
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doi: 10.11728/cjss2024-0108
摘要:
本文提出一种适用于片上的电离层总电子含量（total electron content，TEC）准实时算法，可降低电离层TEC监测设备的成本、体积、功耗和待传数据量，并在ARM芯片上进行了验证。为降低数据存储量和计算复杂度，该算法收集和缓存20分钟的GNSS双频伪距和相位观测值，用载波相位平滑伪距的方法得到20分钟内卫星至接收机视线路径上的TEC（slant TEC, STEC），采用5分钟的滑动步长进行下一组STEC的数据处理。利用映射函数和多项式模型构建卡尔曼滤波的量测方程，通过卡尔曼滤波迭代，准实时给出测站上空的电离层垂直TEC（vertical TEC，VTEC）。并与积累一天数据得到的STEC作为观测量进行卡尔曼滤波得到的VTEC进行了对比，结果表明，采用20分钟的数据长度和5分钟的步长对STEC进行准实时处理的方法是可行的。
本文提出一种适用于片上的电离层总电子含量（total electron content，TEC）准实时算法，可降低电离层TEC监测设备的成本、体积、功耗和待传数据量，并在ARM芯片上进行了验证。为降低数据存储量和计算复杂度，该算法收集和缓存20分钟的GNSS双频伪距和相位观测值，用载波相位平滑伪距的方法得到20分钟内卫星至接收机视线路径上的TEC（slant TEC, STEC），采用5分钟的滑动步长进行下一组STEC的数据处理。利用映射函数和多项式模型构建卡尔曼滤波的量测方程，通过卡尔曼滤波迭代，准实时给出测站上空的电离层垂直TEC（vertical TEC，VTEC）。并与积累一天数据得到的STEC作为观测量进行卡尔曼滤波得到的VTEC进行了对比，结果表明，采用20分钟的数据长度和5分钟的步长对STEC进行准实时处理的方法是可行的。
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doi: 10.11728/cjss2024-0173
摘要:
火星是太阳系中与地球最为相似的类地行星，因其潜在的宜居性成为深空探测的热点星球。含水矿物是火星水岩相互作用的产物，对研究火星早期水环境、地质演化及宜居性具有重要意义。高光谱遥感技术通过超高光谱分辨率，为含水矿物的识别与丰度反演提供了重要工具。然而，火星含水矿物分布零散且丰度较低，加之光谱混合与噪声影响，目前探测主要依赖光谱参数法与目视解译，难以满足海量高光谱数据的处理需求。近年来，机器学习在地球高光谱遥感中的迅猛发展为火星矿物探测提供了新思路，但在火星应用研究中仍处于初步探索阶段。本文从定性识别和定量反演两个方面系统梳理了火星含水矿物高光谱探测的研究进展，评估了各种方法的优缺点与适用性，并结合当前瓶颈提出未来发展方向，为火星含水矿物探测的发展提供参考。
火星是太阳系中与地球最为相似的类地行星，因其潜在的宜居性成为深空探测的热点星球。含水矿物是火星水岩相互作用的产物，对研究火星早期水环境、地质演化及宜居性具有重要意义。高光谱遥感技术通过超高光谱分辨率，为含水矿物的识别与丰度反演提供了重要工具。然而，火星含水矿物分布零散且丰度较低，加之光谱混合与噪声影响，目前探测主要依赖光谱参数法与目视解译，难以满足海量高光谱数据的处理需求。近年来，机器学习在地球高光谱遥感中的迅猛发展为火星矿物探测提供了新思路，但在火星应用研究中仍处于初步探索阶段。本文从定性识别和定量反演两个方面系统梳理了火星含水矿物高光谱探测的研究进展，评估了各种方法的优缺点与适用性，并结合当前瓶颈提出未来发展方向，为火星含水矿物探测的发展提供参考。
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doi: 10.11728/cjss2024-0112
摘要:
电离层延迟是全球卫星导航定位中重要的误差源之一，提高电离层TEC预报精度对改善卫星导航定位精度极其重要。本文联合滑动窗口和长短时记忆神经网络，以滑动窗口算法对输入序列数据集不断更新并测试不同输入序列长度对应模型的精度，最后以预测值来更新输入数据序列的最后10%，进而构建TEC预报模型。验证结果表明，该模型在平静期和磁暴期预测残差绝对值小于5TECu的比例均达85%以上，较传统LSTM模型对应值占比增加了49%、71%，均方根误差低31%、35%；其预报结果的平均绝对误差减少25%、32%。
电离层延迟是全球卫星导航定位中重要的误差源之一，提高电离层TEC预报精度对改善卫星导航定位精度极其重要。本文联合滑动窗口和长短时记忆神经网络，以滑动窗口算法对输入序列数据集不断更新并测试不同输入序列长度对应模型的精度，最后以预测值来更新输入数据序列的最后10%，进而构建TEC预报模型。验证结果表明，该模型在平静期和磁暴期预测残差绝对值小于5TECu的比例均达85%以上，较传统LSTM模型对应值占比增加了49%、71%，均方根误差低31%、35%；其预报结果的平均绝对误差减少25%、32%。
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doi: 10.11728/cjss2024-0121
摘要:
高能带电粒子是影响航天器安全的重要因素之一, 是空间环境警报和预报的重要内容，实测数据不仅有助于空间天气的预报，也有助于进一步认识扰动期间辐射带带电粒子的动力学过程。FY-3E星上高能粒子探测器用于开展轨道空间高能电子和高能质子辐射环境的监测，可获取卫星本体的三个方向（-Z朝天向、-X飞行反方向和+Y垂直轨道面方向）0.15MeV-5.7MeV的高能电子和 3MeV-300MeV的高能质子数据。本文着重分析了高能粒子探测器2021年7月至2024年5月期间高能质子、高能电子通量探测数据，给出了轨道空间高能质子和高能电子辐射空间位置分布、方向分布以及长时间演化结果，揭示了环境扰动尤其是2024年5月极强地磁暴事件对轨道带电粒子环境的影响。监测结果表明高能粒子探测器探测数据有助于理解卫星轨道空间环境中的高能粒子动态和长期变化趋势，可为轨道环境评估、航天器辐射防护设计和星上设备安全布局提供关键的环境数据支持，为开展辐射带的动态特性研究、极端事件研究提供依据。
关键词 FY-3E卫星 高能质子 高能电子 地球辐射带
高能带电粒子是影响航天器安全的重要因素之一, 是空间环境警报和预报的重要内容，实测数据不仅有助于空间天气的预报，也有助于进一步认识扰动期间辐射带带电粒子的动力学过程。FY-3E星上高能粒子探测器用于开展轨道空间高能电子和高能质子辐射环境的监测，可获取卫星本体的三个方向（-Z朝天向、-X飞行反方向和+Y垂直轨道面方向）0.15MeV-5.7MeV的高能电子和 3MeV-300MeV的高能质子数据。本文着重分析了高能粒子探测器2021年7月至2024年5月期间高能质子、高能电子通量探测数据，给出了轨道空间高能质子和高能电子辐射空间位置分布、方向分布以及长时间演化结果，揭示了环境扰动尤其是2024年5月极强地磁暴事件对轨道带电粒子环境的影响。监测结果表明高能粒子探测器探测数据有助于理解卫星轨道空间环境中的高能粒子动态和长期变化趋势，可为轨道环境评估、航天器辐射防护设计和星上设备安全布局提供关键的环境数据支持，为开展辐射带的动态特性研究、极端事件研究提供依据。
关键词 FY-3E卫星 高能质子 高能电子 地球辐射带
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doi: 10.11728/cjss2024-0097
摘要:
摘 要 电磁频谱监测卫星资源紧张，对资源进行动态调整分配是有效执行监测任务的重要保证。首先构建考虑任务动态调整的电磁频谱监测卫星任务规划模型。然后面向需求可调整性，设计一种双层混合规划方法（TH-SA）。方法第一层采用遗传算法处理不可动态调整的任务序列，第二层基于启发式规则对可动态调整的任务进行规划。通过仿真实验验证任务动态调整的优势。结果表明该算法可以有效提升电磁频谱监测卫星任务规划的性能。
摘 要 电磁频谱监测卫星资源紧张，对资源进行动态调整分配是有效执行监测任务的重要保证。首先构建考虑任务动态调整的电磁频谱监测卫星任务规划模型。然后面向需求可调整性，设计一种双层混合规划方法（TH-SA）。方法第一层采用遗传算法处理不可动态调整的任务序列，第二层基于启发式规则对可动态调整的任务进行规划。通过仿真实验验证任务动态调整的优势。结果表明该算法可以有效提升电磁频谱监测卫星任务规划的性能。
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doi: 10.11728/cjss2023-0069
摘要:
系统地探讨了基于国产云平台调度下CPU和GPU协同处理的光学卫星遥感影像正射融合方法执行效率问题，并通过数据流配置、中间数据存储访问优化等手段进一步提高了方法执行效率。在云平台调度下使用飞腾S2500和英伟达A100对高分二号卫星多光谱影像进行正射融合的试验结果表明：本文方法可大幅提高光学卫星遥感影像正射融合效率，与传统X86架构CPU与GPU协同的正射融合算法相比，加速比为14.3倍以上，相应的处理时间压缩至8.4S以内，并且其中GPU运算耗时仅1s, 可满足对海量数据光学卫星遥感影像进行快速正射校正的要求。
系统地探讨了基于国产云平台调度下CPU和GPU协同处理的光学卫星遥感影像正射融合方法执行效率问题，并通过数据流配置、中间数据存储访问优化等手段进一步提高了方法执行效率。在云平台调度下使用飞腾S2500和英伟达A100对高分二号卫星多光谱影像进行正射融合的试验结果表明：本文方法可大幅提高光学卫星遥感影像正射融合效率，与传统X86架构CPU与GPU协同的正射融合算法相比，加速比为14.3倍以上，相应的处理时间压缩至8.4S以内，并且其中GPU运算耗时仅1s, 可满足对海量数据光学卫星遥感影像进行快速正射校正的要求。
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doi: 10.11728/cjss2024-0157
摘要:
燃料电池与电解池可以为空间长期任务和宇航基地提供能源支持，但是太空中不同的引力水平会对其性能造成影响，因此开展非常规重力环境中的相关实验研究对于航天用燃料电池与电解池的研发及改进是必要的。综述了非常规重力条件下燃料电池和电解池的实验研究。分析及讨论表明, 重力水平的改变导致燃料电池与电解池内部气液两相流特性改变，从而对性能造成不同的影响。目前仍缺少燃料电池在超重力与长期微重力下的实验数据以及再生燃料电池的非常规重力实验数据。非常规重力条件下的燃料电池和电解池实验不仅有助于促进流体物理与热物理学与电化学之间的学科交叉，还将为空间再生燃料电池系统的研发提供数据依据。
燃料电池与电解池可以为空间长期任务和宇航基地提供能源支持，但是太空中不同的引力水平会对其性能造成影响，因此开展非常规重力环境中的相关实验研究对于航天用燃料电池与电解池的研发及改进是必要的。综述了非常规重力条件下燃料电池和电解池的实验研究。分析及讨论表明, 重力水平的改变导致燃料电池与电解池内部气液两相流特性改变，从而对性能造成不同的影响。目前仍缺少燃料电池在超重力与长期微重力下的实验数据以及再生燃料电池的非常规重力实验数据。非常规重力条件下的燃料电池和电解池实验不仅有助于促进流体物理与热物理学与电化学之间的学科交叉，还将为空间再生燃料电池系统的研发提供数据依据。
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doi: 10.11728/cjss2024-0143
摘要:
中高层大气风场探测对于大气模型构建、卫星轨道预测、通信导航保障和空间天气灾害预测具有重要的科学和应用价值。光学干涉仪获取气辉辐射的多普勒频移是大气风场遥感最重要的方法之一。标定光学干涉仪的测风性能对于确保探测精确度有重要意义。本文通过研究非对称空间外差干涉仪的测风原理，提出测风敏感系数的概念，为仪器标定提供理论依据。文中设计并实施了两种典型的标定系统，用以对非对称空间外差干涉仪进行测风标定实验。结合标定过程与结果对这两种标定系统的不确定度以及适用性进行综合评估。声光移频标定系统具有低于±1 m/s的不确定度，并且结构紧凑、易于集成，可作为传递标准，用于地面测风网络的内部校准，反射转盘式标定系统具有广泛的光源适用性。该结果可为测风光学干涉仪的实验室和常规现场标定提供参考。
中高层大气风场探测对于大气模型构建、卫星轨道预测、通信导航保障和空间天气灾害预测具有重要的科学和应用价值。光学干涉仪获取气辉辐射的多普勒频移是大气风场遥感最重要的方法之一。标定光学干涉仪的测风性能对于确保探测精确度有重要意义。本文通过研究非对称空间外差干涉仪的测风原理，提出测风敏感系数的概念，为仪器标定提供理论依据。文中设计并实施了两种典型的标定系统，用以对非对称空间外差干涉仪进行测风标定实验。结合标定过程与结果对这两种标定系统的不确定度以及适用性进行综合评估。声光移频标定系统具有低于±1 m/s的不确定度，并且结构紧凑、易于集成，可作为传递标准，用于地面测风网络的内部校准，反射转盘式标定系统具有广泛的光源适用性。该结果可为测风光学干涉仪的实验室和常规现场标定提供参考。
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doi: 10.11728/cjss2024-0136
摘要:
基于俄罗斯科学院IZMIRAN研究所提供的1998年至2020年期间的电离层总电子含量（TEC）、F2层临界频率（foF2）与峰值高度（hmF2）数据，分析了在地磁活动平静期间经度120°E上空电离层赤道异常（EIA）半球不对称性与冬季纬度位置偏移现象，并探讨其可能影响机制。研究结果表明：夏冬至期间EIA双峰强度不对称性随太阳活动变化特征差异明显，冬至期间不对称性与太阳活动相关性明显，太阳活动低时整体表现为南驼峰较强，太阳活动高时变为以北驼峰较强为主，而夏至期间不对称性与太阳活动变化相关性不显著且趋势与冬至相反；EIA双峰结构纬度位置在冬季期间呈现出向南半球偏移的现象，且南驼峰纬度位置偏移量相对更明显，特别是在太阳活动低时双峰结构偏移特征表现更加显著。在120°E上冬至期间，跨赤道中性风是EIA双峰强度影响半球不对称性的主要因素，在此基础上，冬季EIA双峰结构纬度偏移的主要因素可能与太阳直射点等离子体浓度背景场的地理控制作用有关。
基于俄罗斯科学院IZMIRAN研究所提供的1998年至2020年期间的电离层总电子含量（TEC）、F2层临界频率（foF2）与峰值高度（hmF2）数据，分析了在地磁活动平静期间经度120°E上空电离层赤道异常（EIA）半球不对称性与冬季纬度位置偏移现象，并探讨其可能影响机制。研究结果表明：夏冬至期间EIA双峰强度不对称性随太阳活动变化特征差异明显，冬至期间不对称性与太阳活动相关性明显，太阳活动低时整体表现为南驼峰较强，太阳活动高时变为以北驼峰较强为主，而夏至期间不对称性与太阳活动变化相关性不显著且趋势与冬至相反；EIA双峰结构纬度位置在冬季期间呈现出向南半球偏移的现象，且南驼峰纬度位置偏移量相对更明显，特别是在太阳活动低时双峰结构偏移特征表现更加显著。在120°E上冬至期间，跨赤道中性风是EIA双峰强度影响半球不对称性的主要因素，在此基础上，冬季EIA双峰结构纬度偏移的主要因素可能与太阳直射点等离子体浓度背景场的地理控制作用有关。
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doi: 10.11728/cjss2024-0103
摘要:
针对基于深度学习的目标检测算法的网络结构复杂且所需计算量过大导致其不易部署在资源十分有限的星上图像处理平台这一问题，本文提出了一种基于宇航级神经网络处理器（Neural-network Processing Unit，NPU）的卷积神经网络加速设计，利用改进后的Yolov5s网络在NPU上实现快速图像处理功能。该设计将网络中与NPU适配度低的结构替换掉，并引入注意力机制来弥补轻量化网络带来的精度损失，得到优化后的网络后通过公开数据集VOC在GPU上进行迭代训练，经CPU-NPU并行协同处理设计后，实现将图像处理的三部分并行执行，充分利用Yulong810A平台的有限计算和存储资源。实验证明，优化后的网络不仅参数量减小82%，精度较原版Yolov5s网络也有所提升，mAP值达82.35%。该算法部署到Yulong810A星上处理平台后的目标检测速度达47.67fps/s，比原Yolov5s网络的速度提升两倍以上，实现了一个更轻量化、更快速的目标检测系统。
针对基于深度学习的目标检测算法的网络结构复杂且所需计算量过大导致其不易部署在资源十分有限的星上图像处理平台这一问题，本文提出了一种基于宇航级神经网络处理器（Neural-network Processing Unit，NPU）的卷积神经网络加速设计，利用改进后的Yolov5s网络在NPU上实现快速图像处理功能。该设计将网络中与NPU适配度低的结构替换掉，并引入注意力机制来弥补轻量化网络带来的精度损失，得到优化后的网络后通过公开数据集VOC在GPU上进行迭代训练，经CPU-NPU并行协同处理设计后，实现将图像处理的三部分并行执行，充分利用Yulong810A平台的有限计算和存储资源。实验证明，优化后的网络不仅参数量减小82%，精度较原版Yolov5s网络也有所提升，mAP值达82.35%。该算法部署到Yulong810A星上处理平台后的目标检测速度达47.67fps/s，比原Yolov5s网络的速度提升两倍以上，实现了一个更轻量化、更快速的目标检测系统。
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doi: 10.11728/cjss2024-0089
摘要:
地球轨道的卫星和航天器越来越多，近地空间密度不断增大。据统计，现有空间碎片主要来源于约640次的空间事件。研究卫星解体事件对维持太空环境安全具有重要意义。2021年11月15日，俄罗斯进行了一场反卫星试验，摧毁了一颗报废卫星COSMOS 1408卫星。事件产生了一片由约1800个可跟踪碎片组成的空间碎片云，碎片云高度区间在200~1400km，且随时间演变不断扩散，威胁LEO的卫星和航天器的安全运行。本文基于美国SSN发布的关于COSMOS 1408解体事件碎片的TLE，利用SGP4模型对该空间碎片云进行演化分析，主要包括碎片云的编目数量和时空变化、主要轨道参数变化、解体碎片对太空环境的影响并以碎片威胁到ISS并迫使后者机动规避碎片的四次事件为例，探究其演化规律以及带来的影响，初步还原了COSMOS 1408反卫星事件空间碎片云的演化过程以及造成的影响。
地球轨道的卫星和航天器越来越多，近地空间密度不断增大。据统计，现有空间碎片主要来源于约640次的空间事件。研究卫星解体事件对维持太空环境安全具有重要意义。2021年11月15日，俄罗斯进行了一场反卫星试验，摧毁了一颗报废卫星COSMOS 1408卫星。事件产生了一片由约1800个可跟踪碎片组成的空间碎片云，碎片云高度区间在200~1400km，且随时间演变不断扩散，威胁LEO的卫星和航天器的安全运行。本文基于美国SSN发布的关于COSMOS 1408解体事件碎片的TLE，利用SGP4模型对该空间碎片云进行演化分析，主要包括碎片云的编目数量和时空变化、主要轨道参数变化、解体碎片对太空环境的影响并以碎片威胁到ISS并迫使后者机动规避碎片的四次事件为例，探究其演化规律以及带来的影响，初步还原了COSMOS 1408反卫星事件空间碎片云的演化过程以及造成的影响。
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doi: 10.11728/cjss2024-0056
摘要:
面向某卫星型号下行数据通道包括：卫星遥测信道数据以及数传信道数据，其中遥测信道数据指的是S波段遥测信道下行数据，数传信道数据指的是数传数据工程参数。基于数传信道数据具有速率高、双通道、以及多应用模式的特点，设计了一种卫星状态量处理监视系统，满足对多通道数据、高速率数传数据工程参数拼帧处理、解析、显示、查询、存储以及异常报警等的功能。该软件系统已成功应用于某型号卫星的任务运控系统，满足对卫星型号平台和载荷的实时监视。
面向某卫星型号下行数据通道包括：卫星遥测信道数据以及数传信道数据，其中遥测信道数据指的是S波段遥测信道下行数据，数传信道数据指的是数传数据工程参数。基于数传信道数据具有速率高、双通道、以及多应用模式的特点，设计了一种卫星状态量处理监视系统，满足对多通道数据、高速率数传数据工程参数拼帧处理、解析、显示、查询、存储以及异常报警等的功能。该软件系统已成功应用于某型号卫星的任务运控系统，满足对卫星型号平台和载荷的实时监视。
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doi: 10.11728/cjss2024-0078
摘要:
阿尔及利亚星基增强系统（ALG-SBAS）是基于阿尔及利亚通信卫星一号（Alcomsat-1）建设的星基增强系统（SBAS），已处于正式运行阶段。国内外对于星基增强系统的研究主要集中在WASS、EGONS、BDSBAS等系统，目前针对该系统的研究较少，为了进一步掌握该系统的服务性能，本文首先对该系统进行了介绍，然后对该系统地球同步轨道（GEO）卫星播发电文稳定性、电离层延迟改正精度、定位精度及完好性进行了评估。结果表明ALG-SBAS GEO 卫星具有较强稳定性，电离层延迟改正百分比优于87%，ALG-SBAS定位精度比GPS定位有明显的精度提升，平均提升39%以上，SBAS PPP各站3D定位精度平均值优于0.45m。定位精度对标EGONS，结果显示ALG-SBAS略差于EGONS。同时对测站定位结果的完好性进行了分析，在评估时段内ALG-SBAS未发生完好性风险事件，ALG-SBAS在APV-I阶段的所有测站平均可用性为99.9%。该星基增强系统服务性能满足单频服务指标，可提供单频SBAS服务。
阿尔及利亚星基增强系统（ALG-SBAS）是基于阿尔及利亚通信卫星一号（Alcomsat-1）建设的星基增强系统（SBAS），已处于正式运行阶段。国内外对于星基增强系统的研究主要集中在WASS、EGONS、BDSBAS等系统，目前针对该系统的研究较少，为了进一步掌握该系统的服务性能，本文首先对该系统进行了介绍，然后对该系统地球同步轨道（GEO）卫星播发电文稳定性、电离层延迟改正精度、定位精度及完好性进行了评估。结果表明ALG-SBAS GEO 卫星具有较强稳定性，电离层延迟改正百分比优于87%，ALG-SBAS定位精度比GPS定位有明显的精度提升，平均提升39%以上，SBAS PPP各站3D定位精度平均值优于0.45m。定位精度对标EGONS，结果显示ALG-SBAS略差于EGONS。同时对测站定位结果的完好性进行了分析，在评估时段内ALG-SBAS未发生完好性风险事件，ALG-SBAS在APV-I阶段的所有测站平均可用性为99.9%。该星基增强系统服务性能满足单频服务指标，可提供单频SBAS服务。
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doi: 10.11728/cjss2024-0099
摘要:
为了确保卫星的安全可靠和平稳运行，及时对遥测参数进行数据挖掘及态势分析对异常处置响应至关重要。针对现有检测方法不能有效建模时序遥测参数，在异常集中的情况下检测结果表现不佳等问题，本文提出了一种基于时序插补生成式对抗网络的卫星遥测参数异常检测方法。该方法通过一维卷积神经网络提取遥测参数的时序分布特征，利用生成式对抗网络学习遥测参数的分布，并创新性地采用基于插补的检测方法来判别异常数据。通过真实卫星遥测参数数据集和公开时序异常数据集上的测试，并与统计方法、基于距离和密度聚类的方法，以及预测和重构方法在内的多种现有技术相比，本文所提方法展现出显著的性能提升，验证了基于时序插补生成式对抗网络的卫星遥测参数异常检测方法的有效性。这一研究成果不仅提高了异常检测的准确性，还增强了本异常检测方法对不同类型数据的适应性和鲁棒性，为卫星任务地面运控人员在卫星态势分析和异常处置时提供了有力的决策支持。
为了确保卫星的安全可靠和平稳运行，及时对遥测参数进行数据挖掘及态势分析对异常处置响应至关重要。针对现有检测方法不能有效建模时序遥测参数，在异常集中的情况下检测结果表现不佳等问题，本文提出了一种基于时序插补生成式对抗网络的卫星遥测参数异常检测方法。该方法通过一维卷积神经网络提取遥测参数的时序分布特征，利用生成式对抗网络学习遥测参数的分布，并创新性地采用基于插补的检测方法来判别异常数据。通过真实卫星遥测参数数据集和公开时序异常数据集上的测试，并与统计方法、基于距离和密度聚类的方法，以及预测和重构方法在内的多种现有技术相比，本文所提方法展现出显著的性能提升，验证了基于时序插补生成式对抗网络的卫星遥测参数异常检测方法的有效性。这一研究成果不仅提高了异常检测的准确性，还增强了本异常检测方法对不同类型数据的适应性和鲁棒性，为卫星任务地面运控人员在卫星态势分析和异常处置时提供了有力的决策支持。
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doi: 10.11728/cjss2024-0087
摘要:
电离层总电子含量（TEC）是描述电离层的重要参数，然而TEC建模的研究多集中在电离层平静期，应用在磁暴期的研究相对较少。针对这个问题，本文使用LSTM、BiLSTM、CNN-LSTM-Attention及CNN-BiLSTM-Attention神经网络模型，对2002~2022年磁暴期的多种时空数据进行训练，得到适用于磁暴期的四种TEC预报模型。然后，利用2023年两场磁暴的实测TEC对四种预报模型的精度和可靠性进行验证，结果表明：CNN-BiLSTM-Attention模型在磁暴期的预测效果明显优于其他三种模型，其均方根误差（RMSE）在4.732~10.45 TECu之间，同时与参考值存在较强的相关性，决定系数（R2）在0.682~0.949之间，且拟合函数的斜率最接近于1。
电离层总电子含量（TEC）是描述电离层的重要参数，然而TEC建模的研究多集中在电离层平静期，应用在磁暴期的研究相对较少。针对这个问题，本文使用LSTM、BiLSTM、CNN-LSTM-Attention及CNN-BiLSTM-Attention神经网络模型，对2002~2022年磁暴期的多种时空数据进行训练，得到适用于磁暴期的四种TEC预报模型。然后，利用2023年两场磁暴的实测TEC对四种预报模型的精度和可靠性进行验证，结果表明：CNN-BiLSTM-Attention模型在磁暴期的预测效果明显优于其他三种模型，其均方根误差（RMSE）在4.732~10.45 TECu之间，同时与参考值存在较强的相关性，决定系数（R2）在0.682~0.949之间，且拟合函数的斜率最接近于1。
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doi: 10.11728/cjss2024-0083
摘要:
卫星数传系统是卫星获取信息传递到地面的过程，决定了卫星任务的最终应用的产出。优化数传时间可以显著提高地面站接收数据的速度和效率，对于实时或近实时的数据应用尤为关键。本文在地面数传设施固定的情况下，提出了一种单星多站数据传输时间优化方法，采用数传两站接力模式，根据每天真实星地可见弧段，安排两站进行配对接力，实现机械天线双站平稳、快速最优接力，提升平均每天通信时间，充分利用有限的数传站资源。针对卫星的数传接力时间优化、接力时机选择及通信时间优化等问题，根据星上数传天线运动特性和能力，使用典型低轨遥感卫星的参数设置，对多站接力场景进行了仿真分析和计算。结果表明，505km轨道的卫星数传可见弧段中可接力优化弧段占比32%，数传天线所需接力时间平均114.5s，每天平均数传时间提升了46.1%。
卫星数传系统是卫星获取信息传递到地面的过程，决定了卫星任务的最终应用的产出。优化数传时间可以显著提高地面站接收数据的速度和效率，对于实时或近实时的数据应用尤为关键。本文在地面数传设施固定的情况下，提出了一种单星多站数据传输时间优化方法，采用数传两站接力模式，根据每天真实星地可见弧段，安排两站进行配对接力，实现机械天线双站平稳、快速最优接力，提升平均每天通信时间，充分利用有限的数传站资源。针对卫星的数传接力时间优化、接力时机选择及通信时间优化等问题，根据星上数传天线运动特性和能力，使用典型低轨遥感卫星的参数设置，对多站接力场景进行了仿真分析和计算。结果表明，505km轨道的卫星数传可见弧段中可接力优化弧段占比32%，数传天线所需接力时间平均114.5s，每天平均数传时间提升了46.1%。
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doi: 10.11728/cjss2024-0092
摘要:
随着空间探测技术发展和星地通信手段的增加，为了能够第一时间对重要天体事件进行分析，空间天文卫星对下行探测数据的实时性和处理效率的要求日益严格。本文针对爱因斯坦探针(Einstein Probe, EP)卫星的数传X-band、遥测S-band、VHF（Very High Frequency）数据和北斗短报文多种类型数据高时效性处理与分发需求，开展了EP卫星数据预处理与分析平台关键技术研究，设计了载荷0级数据处理、1级数据处理以及基于观测组织的数据产品完整性判读等关键算法；针对VHF数据和北斗短报文中天文警报信息的高时效性发布需求，设计了不同优先级的数据预处理和分发流程，最终采用分层架构设计的方法研制了EP卫星数据预处理与分发服务平台，具备对EP卫星下行的各类数据进行自动、高效和准确预处理、管理以及分发的能力。系统运行验证结果表明，该平台处理的各级各类科学数据产品具有较高的准确性，能够满足EP卫星数据预处理的时效性要求，且具有良好可扩展性。
随着空间探测技术发展和星地通信手段的增加，为了能够第一时间对重要天体事件进行分析，空间天文卫星对下行探测数据的实时性和处理效率的要求日益严格。本文针对爱因斯坦探针(Einstein Probe, EP)卫星的数传X-band、遥测S-band、VHF（Very High Frequency）数据和北斗短报文多种类型数据高时效性处理与分发需求，开展了EP卫星数据预处理与分析平台关键技术研究，设计了载荷0级数据处理、1级数据处理以及基于观测组织的数据产品完整性判读等关键算法；针对VHF数据和北斗短报文中天文警报信息的高时效性发布需求，设计了不同优先级的数据预处理和分发流程，最终采用分层架构设计的方法研制了EP卫星数据预处理与分发服务平台，具备对EP卫星下行的各类数据进行自动、高效和准确预处理、管理以及分发的能力。系统运行验证结果表明，该平台处理的各级各类科学数据产品具有较高的准确性，能够满足EP卫星数据预处理的时效性要求，且具有良好可扩展性。
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doi: 10.11728/cjss2024-0079
摘要:
远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM随FY-3D卫星于2017年11月15日发射升空，通过对地测量夜间O+和电子辐射复合产生的135.6nm辉光辐射、白天光电子碰撞激发产生的OI 135.6nm 和N2 LBH辉光辐射，可以反演得到夜间峰值电子密度NmF2、白天大气氧原子与氮气分子的柱密度比O/N2等重要参数。本文对2024年5月11日特大磁暴事件中IPM的数据响应进行分析，对白天数据的研究结果表明，本次磁暴事件过程中，O/N2在各个纬度较磁平静日均是减小的，可用于解释IGS(International GNESS Service) TEC在各纬度大多呈现的负暴效应。对夜间数据研究发现：磁暴日夜间135.6nm辐射强度相对磁平静日呈现各纬度的增大，增大幅度可达3个数量级，且从磁暴主相开始一直持续到恢复相，而对应的TEC数据并没有如此大增强；另外，测量190nm以上波长辐射贡献的夜间杂散光通道在磁暴日也有明显增强，这进一步说明夜间的135.6nm的辐射增强并非源自电离层的贡献。
关键词 Dst指数；135.6nm辉光辐射；N2LBH带辉光辐射；O/N2
远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM随FY-3D卫星于2017年11月15日发射升空，通过对地测量夜间O+和电子辐射复合产生的135.6nm辉光辐射、白天光电子碰撞激发产生的OI 135.6nm 和N2 LBH辉光辐射，可以反演得到夜间峰值电子密度NmF2、白天大气氧原子与氮气分子的柱密度比O/N2等重要参数。本文对2024年5月11日特大磁暴事件中IPM的数据响应进行分析，对白天数据的研究结果表明，本次磁暴事件过程中，O/N2在各个纬度较磁平静日均是减小的，可用于解释IGS(International GNESS Service) TEC在各纬度大多呈现的负暴效应。对夜间数据研究发现：磁暴日夜间135.6nm辐射强度相对磁平静日呈现各纬度的增大，增大幅度可达3个数量级，且从磁暴主相开始一直持续到恢复相，而对应的TEC数据并没有如此大增强；另外，测量190nm以上波长辐射贡献的夜间杂散光通道在磁暴日也有明显增强，这进一步说明夜间的135.6nm的辐射增强并非源自电离层的贡献。
关键词 Dst指数；135.6nm辉光辐射；N2LBH带辉光辐射；O/N2
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doi: 10.11728/cjss2024-0072
摘要:
针对西北三省全球定位系统（GNSS）垂向坐标时间序列的共模误差分析研究不够全面、深入这一问题，以MSSA算法为理论基础，对西北三省61个站点进行数据预处理提高数据精度与完整性，在此基础上提取分析该区域GNSS坐标时间序列中的共模误差，并进行周期性探测分析，将提取的共模误差（CEM）与水文负载（NTOL）、大气负载（NTAL）以及非潮汐海洋负载（HYDL）引起的位移时间序列进行相关性分析探究共模误差的特征性来源。通过对共模误差的提取分析以及误差特征来源研究可以进一步提高西北三省GNSS坐标时间序列精度，以便更好地为地震位移、地壳形变研究提供更高精度数据支持。
针对西北三省全球定位系统（GNSS）垂向坐标时间序列的共模误差分析研究不够全面、深入这一问题，以MSSA算法为理论基础，对西北三省61个站点进行数据预处理提高数据精度与完整性，在此基础上提取分析该区域GNSS坐标时间序列中的共模误差，并进行周期性探测分析，将提取的共模误差（CEM）与水文负载（NTOL）、大气负载（NTAL）以及非潮汐海洋负载（HYDL）引起的位移时间序列进行相关性分析探究共模误差的特征性来源。通过对共模误差的提取分析以及误差特征来源研究可以进一步提高西北三省GNSS坐标时间序列精度，以便更好地为地震位移、地壳形变研究提供更高精度数据支持。
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doi: 10.11728/cjss2024-0081
摘要:
最优估计法（OEM）作为一种新型的反演方法，在激光雷达探测大气环境参数中具有重要应用价值。为了表征基于OEM方法的瑞利激光雷达反演大气温度结果的可靠性，本文推导了OEM不确定度公式，明确了OEM反演结果的不确定度来源，利用瑞利激光雷达雷达方程模拟回波光子数廓线，计算了相应的中层大气温度和不确定度，得到在OEM反演过程中的主要不确定度来源，即参考压强不确定度和噪声不确定度。利用蒙特卡洛方法（MCM）建立OEM不确定度验证框架，对不同不确定度来源产生的不确定度数值进行了验证，结果表明两种不同方法计算的不确定度数值在海拔高度85km以下一致性良好，证明OEM不确定度计算数值的准确性。此外，基于OEM方法对瑞利激光雷达的实测数据进行反演，并完成了不确定度分析，为OEM方法在激光雷达大气环境探测领域的推广使用提供了依据。
最优估计法（OEM）作为一种新型的反演方法，在激光雷达探测大气环境参数中具有重要应用价值。为了表征基于OEM方法的瑞利激光雷达反演大气温度结果的可靠性，本文推导了OEM不确定度公式，明确了OEM反演结果的不确定度来源，利用瑞利激光雷达雷达方程模拟回波光子数廓线，计算了相应的中层大气温度和不确定度，得到在OEM反演过程中的主要不确定度来源，即参考压强不确定度和噪声不确定度。利用蒙特卡洛方法（MCM）建立OEM不确定度验证框架，对不同不确定度来源产生的不确定度数值进行了验证，结果表明两种不同方法计算的不确定度数值在海拔高度85km以下一致性良好，证明OEM不确定度计算数值的准确性。此外，基于OEM方法对瑞利激光雷达的实测数据进行反演，并完成了不确定度分析，为OEM方法在激光雷达大气环境探测领域的推广使用提供了依据。
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doi: 10.11728/cjss2024-0075
摘要:
电离层fmin是频高图上观测到的回波最低频率，是电离层垂直探测仪性能的一个重要指标，也是电离层D区吸收效应研究的重要指标。本文利用中国电离层垂测站网位于西北走廊地区的西安、乌鲁木齐、兰州三个台站电离层fmin数据，深入研究了西北走廊地区电离层吸收的强度特性、空间分布特性、日变化、季节变化及长期变化特性。开展电离层吸收变化特性研究，对研究短波通信最低频率选择、天波超视距雷达探测性能评估、VLF远程通信效能预测具有重要应用价值。同时电离层吸收与D层电子密度关系紧密，是D层电子密度强弱的重要指标，开展电离层吸收特性研究，对于研究D区电离层变化特性，建立D区电子密度分布模型具有重要科学意义。
关键词 西北走廊；电离层fmin；日变化；季节变化，长期变化，空间分布；
电离层fmin是频高图上观测到的回波最低频率，是电离层垂直探测仪性能的一个重要指标，也是电离层D区吸收效应研究的重要指标。本文利用中国电离层垂测站网位于西北走廊地区的西安、乌鲁木齐、兰州三个台站电离层fmin数据，深入研究了西北走廊地区电离层吸收的强度特性、空间分布特性、日变化、季节变化及长期变化特性。开展电离层吸收变化特性研究，对研究短波通信最低频率选择、天波超视距雷达探测性能评估、VLF远程通信效能预测具有重要应用价值。同时电离层吸收与D层电子密度关系紧密，是D层电子密度强弱的重要指标，开展电离层吸收特性研究，对于研究D区电离层变化特性，建立D区电子密度分布模型具有重要科学意义。
关键词 西北走廊；电离层fmin；日变化；季节变化，长期变化，空间分布；
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doi: 10.11728/cjss2024-0060
摘要:
本文利用CHAMP和GRACE-A卫星的TLE数据进行轨道大气密度反演, 并以高精度加速度仪密度作为基准计算反演密度误差, 同时与NRLMSISE-00、JB2008和MSIS2.0大气模式误差进行对比, 给出了TLE反演误差相对大气模式误差改善率的量化结果, 为TLE反演密度的准确性及实际应用提供了一定的理论支撑. 选取的TLE数据覆盖2002至2017年, 分别计算了两类密度反演值：TLE平均密度和TLE修正密度. 前者为时间分辨率为3天的平均轨道大气密度, 该值不依赖于大气模式；后者则是通过对大气模式进行修正得到的轨道原位处的大气密度. 结果表明：在所分析的时间范围内, TLE平均密度的整体平均误差小于5%, 标准差小于8%；TLE修正密度在地磁平静期误差最小, 相对于大气模式的误差改善率超过80%.
关键词 TLE反演密度； 误差改善率； 经验大气模式
中图分类号 P351
本文利用CHAMP和GRACE-A卫星的TLE数据进行轨道大气密度反演, 并以高精度加速度仪密度作为基准计算反演密度误差, 同时与NRLMSISE-00、JB2008和MSIS2.0大气模式误差进行对比, 给出了TLE反演误差相对大气模式误差改善率的量化结果, 为TLE反演密度的准确性及实际应用提供了一定的理论支撑. 选取的TLE数据覆盖2002至2017年, 分别计算了两类密度反演值：TLE平均密度和TLE修正密度. 前者为时间分辨率为3天的平均轨道大气密度, 该值不依赖于大气模式；后者则是通过对大气模式进行修正得到的轨道原位处的大气密度. 结果表明：在所分析的时间范围内, TLE平均密度的整体平均误差小于5%, 标准差小于8%；TLE修正密度在地磁平静期误差最小, 相对于大气模式的误差改善率超过80%.
关键词 TLE反演密度； 误差改善率； 经验大气模式
中图分类号 P351
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doi: 10.11728/cjss2023-0127
摘要:
闪电哨声波(Lightning Whistler，LW)的散射系数是探索空间环境信息的关键物理量。目前，主要依赖人工方式提取每条LW的散射系数。张衡卫星日产数据高达20G，人工方法已经无法适应海量数据的需求。本文将探索自动提取LW散射系数的方法：首先，以0.8秒的滑动窗提取张衡卫星感应磁力仪载荷（SCM）的详查数据, 并将其转换成时频图和音频文件；其次，针对其时频图，创建YOLOV5神经网络来自动定位单个LW并输出其时频位置信息，按照该时频位置信息截取相应的音频得到含有LW的音频数据并用零填充成0.8秒的音频片段；最后，提取音频数据的梅尔频率倒谱系数(MFCCs)，创建基于多头注意力机制改进的GRU神经网络，将MFCCs特征输入到该网络，自动输出散射系数。在2020年2月的数据集上开展实验得到的结果是：其平均绝对误差和平均绝对百分比误差为0.453和0.176，相较于GRU模型和冯小康提出的基于Unet神经网络的LW的散射系数自动提取算法，平均绝对误差分别减少了1.908和1.079，平均绝对百分比误差分别减少了0.7和0.148，每张图的平均处理时间为0.074秒，本文提出的方法可较为准确和快速提取LW的散射系数。
闪电哨声波(Lightning Whistler，LW)的散射系数是探索空间环境信息的关键物理量。目前，主要依赖人工方式提取每条LW的散射系数。张衡卫星日产数据高达20G，人工方法已经无法适应海量数据的需求。本文将探索自动提取LW散射系数的方法：首先，以0.8秒的滑动窗提取张衡卫星感应磁力仪载荷（SCM）的详查数据, 并将其转换成时频图和音频文件；其次，针对其时频图，创建YOLOV5神经网络来自动定位单个LW并输出其时频位置信息，按照该时频位置信息截取相应的音频得到含有LW的音频数据并用零填充成0.8秒的音频片段；最后，提取音频数据的梅尔频率倒谱系数(MFCCs)，创建基于多头注意力机制改进的GRU神经网络，将MFCCs特征输入到该网络，自动输出散射系数。在2020年2月的数据集上开展实验得到的结果是：其平均绝对误差和平均绝对百分比误差为0.453和0.176，相较于GRU模型和冯小康提出的基于Unet神经网络的LW的散射系数自动提取算法，平均绝对误差分别减少了1.908和1.079，平均绝对百分比误差分别减少了0.7和0.148，每张图的平均处理时间为0.074秒，本文提出的方法可较为准确和快速提取LW的散射系数。
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doi: 10.11728/cjss2023-0023
摘要:
晶体生长过程中温度的稳定性对晶体形貌及结构有着显著影响，为了提高晶体的性能及质量，必需要保证晶体生长过程中温度的稳定性。现阶段我国空间高温材料科学实验炉均采用PID控制器对晶体生长温度进行控制。由于空间实验机会珍贵且稀少，控制参数的整定工作需要在地面完成。然而，由于地面与空间环境传热的不同，导致高温材料实验炉的传热特性存在差异，其传递函数也不相同，若将地面整定的控制参数直接应用于空间工况，将会导致温控效果变差。为此，本文提出了一种基于数据驱动的减压法，在地面实现了对空间微重力环境下高温炉传热特性的近似与模拟，并给出了地面适配工况的压强值，克服了传统减压法由于先验知识缺乏导致地面适配工况压强难以确定的问题。
晶体生长过程中温度的稳定性对晶体形貌及结构有着显著影响，为了提高晶体的性能及质量，必需要保证晶体生长过程中温度的稳定性。现阶段我国空间高温材料科学实验炉均采用PID控制器对晶体生长温度进行控制。由于空间实验机会珍贵且稀少，控制参数的整定工作需要在地面完成。然而，由于地面与空间环境传热的不同，导致高温材料实验炉的传热特性存在差异，其传递函数也不相同，若将地面整定的控制参数直接应用于空间工况，将会导致温控效果变差。为此，本文提出了一种基于数据驱动的减压法，在地面实现了对空间微重力环境下高温炉传热特性的近似与模拟，并给出了地面适配工况的压强值，克服了传统减压法由于先验知识缺乏导致地面适配工况压强难以确定的问题。
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doi: 10.11728/cjss2024-0032
摘要:
逃逸层大气温度的夜间增强现象是高层大气温度变化特征的重要组成部分，有助于增加对大气温度的认识以及对大气中性模式的完善。先前，由于高热层温度数据的匮乏，对中性温度夜间增强现象的研究主要基于单点及联合观测的地基FPI台站以及各种中性大气模式的现象及机制的模拟研究。本文的工作通过Swarm卫星加速度计的中性密度数据反演得到的逃逸层温度进行了太阳活动低年时期的温度夜间增强现象的全球变化和季节变化的统计。结果显示，太阳活动越强，夜间温度增强出现的概率和强度越大，出现多个夜间增强峰值的概率也更大。F10.7为80~100之间时，四个季节都出现了温度的夜间增强现象，并在不同的经度扇区均出现，但形态和强度有差异；而F10.7小于80时，春季和秋季的夜间增强现象更强、持续时间更长，而夏冬季则更弱。此外，是否出现夜间增强现象在不同扇区存在差异。
逃逸层大气温度的夜间增强现象是高层大气温度变化特征的重要组成部分，有助于增加对大气温度的认识以及对大气中性模式的完善。先前，由于高热层温度数据的匮乏，对中性温度夜间增强现象的研究主要基于单点及联合观测的地基FPI台站以及各种中性大气模式的现象及机制的模拟研究。本文的工作通过Swarm卫星加速度计的中性密度数据反演得到的逃逸层温度进行了太阳活动低年时期的温度夜间增强现象的全球变化和季节变化的统计。结果显示，太阳活动越强，夜间温度增强出现的概率和强度越大，出现多个夜间增强峰值的概率也更大。F10.7为80~100之间时，四个季节都出现了温度的夜间增强现象，并在不同的经度扇区均出现，但形态和强度有差异；而F10.7小于80时，春季和秋季的夜间增强现象更强、持续时间更长，而夏冬季则更弱。此外，是否出现夜间增强现象在不同扇区存在差异。
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doi: 10.11728/cjss2024-0019
摘要:
新型电磁弹射式微重力装置采用直线电机带动实验舱进行垂直运动来模拟微重力环境。与传统落塔相比，通过弹射方式进行抛物线运动能大大延长装置提供微重力环境的时间，但直线电机的驱动也为保证实验舱内的高微重力水平带来新的挑战。为了确保电机驱动下的实验舱环境能够满足微重力科学的实验要求，本文对电磁弹射落塔的多组电机分段拖动系统进行模型分析并提出分段控制方案，对影响微重力水平的电机协同问题和内外舱配合问题设计了位移-跟踪控制算法，最终实现了外舱低扰动和内舱高微重力的指标。目前实际系统已经建成并投入应用，采用了论文的电机系统控制方法，可以实现4s的高微重力水平控制，对于微重力科学实验装置的研究提供支撑作用。
新型电磁弹射式微重力装置采用直线电机带动实验舱进行垂直运动来模拟微重力环境。与传统落塔相比，通过弹射方式进行抛物线运动能大大延长装置提供微重力环境的时间，但直线电机的驱动也为保证实验舱内的高微重力水平带来新的挑战。为了确保电机驱动下的实验舱环境能够满足微重力科学的实验要求，本文对电磁弹射落塔的多组电机分段拖动系统进行模型分析并提出分段控制方案，对影响微重力水平的电机协同问题和内外舱配合问题设计了位移-跟踪控制算法，最终实现了外舱低扰动和内舱高微重力的指标。目前实际系统已经建成并投入应用，采用了论文的电机系统控制方法，可以实现4s的高微重力水平控制，对于微重力科学实验装置的研究提供支撑作用。
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doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0059
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doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0038
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doi: 10.11728/cjss2025.03.2025-yg04
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doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0061
2025, 45(2): 253-265.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0100
2025, 45(2): 266-276.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0057
2025, 45(2): 277-287.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0149
2025, 45(2): 288-309.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0119
2025, 45(2): 310-316.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0161
2025, 45(2): 317-327.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0151
2025, 45(2): 328-339.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0153
2025, 45(2): 340-352.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0189
2025, 45(2): 353-363.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0093
2025, 45(2): 364-382.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0201
2025, 45(2): 383-396.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0165
2025, 45(2): 397-412.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0146
2025, 45(2): 413-423.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0195
2025, 45(2): 424-436.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0158
2025, 45(2): 437-448.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2025-0005
2025, 45(2): 449-457.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0176
2025, 45(2): 458-467.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0134
2025, 45(2): 468-476.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0140
2025, 45(2): 477-492.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0155
2025, 45(2): 493-505.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0167
2025, 45(2): 506-516.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0055
2025, 45(2): 517-528.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0144
2025, 45(2): 529-555.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0137
2025, 45(2): 556-567.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0154
2025, 45(2): 568-578.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0142
2025, 45(2): 579-587.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0145
2025, 45(2): 588-600.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0139
2025, 45(2): 601-611.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0147
2025, 45(2): 612-628.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0148
2025, 45(2): 629-640.
doi: 10.11728/cjss2025.02.2024-0160
