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2011年  第31卷  第5期

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太阳活动与全球气候变化
张亮, 王赤, 傅绥燕
2011, 31(5): 549-566. doi: 10.11728/cjss2011.05.549
摘要:
太阳不断向地球辐射电磁波和粒子, 太阳辐射是地球气候系统最主要的能量来源. 地球气候系统对太阳活动的响应是一个复杂的过程, 包括辐射过程、动力学过程以及微观物理过程等. 根据太阳辐射的卫星观测结果和重建结果, 例举了古气候、温度、大气环流和云量等方面太阳影响气候的观测证据, 论述了太阳影响气候的三种可能机制, 即太阳总辐射变化可以影响地表温度, 并通过海-气耦合改变大气环流; 太阳紫外辐射通过调制平流层的温度和风场影响下面的对流层; 太阳通过行星际磁场调制银河宇宙线, 而银河宇宙线通过电离大气影响云量, 进而改变地球的能量收支.
日球层物理和太阳系探测
火星磁层顶形成和变化的理论研究
史建魁, 程征伟, 王胜国, Zhang T L, 刘振兴
2011, 31(5): 567-572. doi: 10.11728/cjss2011.05.567
摘要:
考虑太阳风动压与行星电离层中的带电粒子热压及磁压之和平衡, 建立了有大气(电离层)的行星磁层顶形成的理论模型, 结合卫星对火星的观测数据, 对子午面内向日侧火星磁层顶位形进行了数值计算和分析,研究了火星磁层顶位形及其与太阳风动压之间的变化关系. 结果认为, 火星磁层顶位形与地球磁层顶相似. 太阳风动压越大, 火星磁层顶越靠近火星; 太阳风动压越弱, 行星(火星)磁层顶越远离火星. 根据火星内秉磁矩从古到今逐渐减小的观点, 探索了大尺度磁场(内禀磁矩)对火星磁层顶的贡献作用, 结果认为大尺度磁场越强, 火星磁层顶越远离行星. 这对于进一步研究火星磁层的长期演化以及其他行星磁层的位形变化都具有重要的意义.
太阳发电机理论研究
吴建清, 杨志良
2011, 31(5): 573-586. doi: 10.11728/cjss2011.05.573
摘要:
太阳活动主要是由磁场产生的, 因此, 对太阳磁场性质和起源的研究具有重要意义. 太阳发电机理论主要研究的是太阳上观测到的与太阳活动相关的磁场起源、磁场特征、各种活动现象之间的相关性及其变化规律. 其是太阳物理学中有待解决的最基本、最重要的问题. 根据太阳黑子及太阳周期的相关观测, 介绍了构成发电机的基本要素, 具体描述了各种典型发电机模型, 并对其分别进行评述, 进而探讨了目前存在的问题及发展方向.
TC-1和Geotail对亚暴过程中近地等离子体片磁扰动的联合观测
段素平, 刘振兴, 路立, Zhang T L, Reme H
2011, 31(5): 587-595. doi: 10.11728/cjss2011.05.587
摘要:
以2004年9月28日02:53:20 UT的亚暴为例, 通过TC-1在磁尾约12.5 Re 和Geotail卫星在近地磁尾等离子体片约8~9 Re的联合观测, 研究亚暴触发过程中近地磁尾等离子体片中等离子体波动特征. 结果表明, 亚暴触发区是近地磁尾中心等离子体片中较小的一个区域, 在亚暴触发区中低混杂不稳定性在近地磁尾等离子体片中存在, 准垂直传播的低混杂波发生在亚暴触发过程中, 而亚暴触发过程中近地磁尾等离子体片外边界区内的磁场偶极化信号和扰动都非常微弱. 在亚暴触发和亚暴膨胀相过程中出现了多次具有不同特征的磁场偶极化现象.
2009年7月22日日全食电离层效应观测
胡雄, 吴小成, 徐轻尘, 马广林, 涂翠, 闫召爱, 陈旭杏, 肖存英, 赵明亮, 龚建村
2011, 31(5): 595-601. doi: 10.11728/cjss2011.05.595
摘要:
首次利用廊坊中频雷达和武汉、嘉兴、廊坊等三站GPS对2009年7月22日日全食电离层效应进行了观测. 日食期间, 中频雷达D层78 km高度上电子密度减小了约67\%, 电子密度为200 cm$^{-3}$的高度上升了近10 km, GPS/TEC减小了1 TECU左右, 其变化的最大相位与日食最大相位几乎同步; 日食后, 观测到周期为2个多小时的电离层扰动现象.
利用GPS技术实时监测上海区域电离层变化
王虎, 王解先, 白贵霞, 朱卫东
2011, 31(5): 602-606. doi: 10.11728/cjss2011.05.602
摘要:
基于GPS技术实时监测电离层变化原理, 利用载波平滑伪距观测值建立区域电离层模型的方法, 计算了电离层延迟量和硬件延迟, 根据硬件延迟值相对稳定的特点, 采取一定时段求解出硬件延迟量, 对实时硬件延迟量进行预报, 进而实时分离GPS信号传播路径上的垂直总电子含量VTEC. 利用上海区域内的GPS网的观测数据, 建立实时上海区域电离层延迟模型, 监测上海区域的电离层变化. 数据分析结果表明, 这种方法的内符合精度优于3 TECU.
DEMETER卫星探测到的强震前O+浓度变化
欧阳新艳, 张学民, 申旭辉, 黄建平, 刘静, 泽仁志玛, 赵庶凡
2011, 31(5): 607-617. doi: 10.11728/cjss2011.05.607
摘要:
利用DEMETER卫星观测数据, 采用level-2图像目视解译的方法和重访轨道对比方法, 对2006年5月3日发生在汤加群岛的7.9级地震进行分析. 从震前6天、震前2天、震前1天和震后2天的level-2图像可看到, 电场和等离子体参量在震中上空偏北的位置出现扰动信号, 震前的扰动信号幅度随地震时间临近有所增强, 扰动持续时间也相应增加; 震后2天扰动信号依然存在, 其幅度并未减弱. 通过对比震前1天的轨道在2006年至2008年内的重访轨道, 发现O+浓度存在三类较规律的变化特征, 即在夏季时, 北半球的值高于南半球; 冬季时则相反; 二分季节时, 南北半球含量相当. 本文给出了地震和磁暴对O+浓度的不同影响, 地震影响最靠近震中位置轨道上的O+浓度, 而磁暴影响全球轨道上O+浓度分布. 同时获取了DEMETER卫星上朗缪尔探针在上述重访轨道同步探测的电子浓度数据, 发现电子浓度与O+浓度存在同步增加. 等离子体浓度增加的现象可能与地震产生异常电场进而影响电离层结构有关.
廊坊中频雷达风场FCA算法的研究及应用
马广林, 胡雄, 徐轻尘, 肖存英
2011, 31(5): 618-626. doi: 10.11728/cjss2011.05.618
摘要:
中频雷达是获得临近空间60~100 km范围内大气风场的重要探测设备之一. 全相关分析方法是空分天线模式中频雷达的一种重要风场反演方法. 通过介绍全相关分析方法算法的一般理论, 根据廊坊中频雷达的天线配置, 分别研究了利用三副天线数据与四副天线数据的风场反演算法FCA-3A和FCA-4A, 讨论给出了全相关 分析方法的剔除标准. 用廊坊中频雷达实测的回波相位和振幅, 得到由该算法反演 的大气风场. 为验证算法的可靠性, 将其结果与ATRAD公司的反演结果进行比较. 结果显示大气纬向风和经向风随时间和高度的变化特性基本一致. FCA-3A与FCA-4A的风场反演结果基本一致, FCA-4A略好于FCA-3A.
微重力和空间生命科学
骨特异性转录因子Runx2对抗空间骨丢失效应的初步研究
郭飞马, 戴钟铨, 吴峰, 商澎, 李莹辉
2011, 31(5): 627-634. doi: 10.11728/cjss2011.05.627
摘要:
为了构建稳定过表达Runx2 (骨特异性转录因子)的C2C12 (小鼠成肌细胞)和MG63 (前成骨细胞)细胞株, 并用于研究Runx2在对抗空间骨丢失效应中的作用. 利用实时定量聚合酶链式反应鉴定Runx2下游基因I型胶原、碱性磷酸酶表达情况, 在二维回转器中培养稳定细胞株, 通过定量聚合酶链式反应,观察在模拟失重效应下Runx2基因对其下游基因表达的影响. 结果表明, 通过筛选获得稳定转染的C2C12-Runx2和MG63-Runx2细胞株, 经鉴定都能过表达Runx2. 转染后的细胞 I 型胶原和碱性磷酸酶mRNA表达增高. 回转组与对照组相比, MG63, C2C12-Runx2, MG63-Runx2细胞的I型胶原和碱性磷酸酶mRNA表达降低, 但在模拟失重效应下, 转染细胞中I型胶原和碱性磷酸酶的mRNA表达下降程度明显低于未转染细胞株. 所构建的C2C12-Runx2和MG63-Runx2细胞株比较稳定, 并证实Runx2能部分对抗失重引起的成骨特异性分子的降低.
微重力煤粉燃烧实验装置的研制
于强, 艾国志, 吴乐, 徐明厚
2011, 31(5): 635-639. doi: 10.11728/cjss2011.05.635
摘要:
介绍了一种空间煤粉燃烧实验装置, 用于研究微重力条件下煤粉颗粒群的热解、气化、着火、挥发的析出与焦碳燃烧及其燃尽等燃烧特性. 采用间断式喷入方式, 当炉膛内温度达到设定值时, 将煤粉通过一定氧气比例的空气喷入, 观察并记录煤粉在炉膛中的燃烧过程. 燃烧完成之后, 测量燃烧产物中的气体成分和含量. 给出了利用该装置在地面进行煤粉燃烧实验的结果. 详细介绍了该实验装置的系统构成、工作原理、工作过程, 并提出了进一步改进的方案.
空间探测技术
SPORT卫星构型方案设计
杨萱, 杨华, 刘元
2011, 31(5): 640-646. doi: 10.11728/cjss2011.05.640
摘要:
根据SPORT卫星有效载荷探测的需求, 结合卫星总体设计及构型布局设计原则, 在运载对卫星构型布局约束条件下, 针对天线单元的两种探测形式, 给出了两种卫星构型设计方案. 其目的在于为有效载荷在星上的布局提供可视化平台, 确定有效载荷在星上的位置和方向, 避免有效载荷间的位置干涉和相互遮挡, 观察有效载荷的工作空间, 初步确定科学目标实现的方式, 为卫星平台的结构方案设计提供依据. 经探测任务初级系统的可行性论证, 两种方案均可满足SPORT卫星有效载荷探测的需求.
基于多模型滚动时域估计的卫星故障诊断
赵石磊, 吴丽娜
2011, 31(5): 647-652. doi: 10.11728/cjss2011.05.647
摘要:
研究了卫星姿态控制系统故障诊断问题, 将滚动时域估计与交互式多模型(IMM)方法相结合, 利用滚动时域估计方法对系统状态进行估计, 系统转换概率也相应地利用了一个时间段的估计误差作为依据, 而不是只考虑一个时刻的估计误差, 因此有效减少了大噪声以及个别错误测量对诊断结果的影响. 最后的仿真结果证明了该算法的有效性.
基于多目标遗传算法的太阳高纬探测器轨道设计
李小玉, 郑建华, 吴霞, 高东
2011, 31(5): 653-658. doi: 10.11728/cjss2011.05.653
摘要:
针对太阳高纬度探测器轨道设计任务要求, 研究了基于多目标遗传算法的小推力借力飞行轨道设计方法. 基于圆锥曲线拼接假设, 将探测器轨道分为小推力日心转移轨道段和木星借力飞行轨道段两部分. 在日心转移轨道段, 选择燃料最省为优化目标, 采用标称轨道法设计小推力的推力控制率. 在借力飞行轨道段, 选择借力后日心轨道倾角为优化目标, 对借力飞行的关键参数进行分析. 采用多目标遗传算法对该多目标进行了优化. 结果表明, 多目标遗传算法可以有效地解决轨道设计中的多目标优化问题. 优化得到的小推力控制率不仅可以节省发射能量, 还可以保证借力飞行后探测器能够进入太阳高纬度探测轨道.
基于CEI定轨中整周模糊度问题处理方法的研究
李晓杰, 杜兰, 黄金
2011, 31(5): 659-665. doi: 10.11728/cjss2011.05.659
摘要:
相位干涉测量是一种被动测角跟踪方法, 其中的中短基线相位干涉测量(CEI)具有测角精度高、基线短、布网灵活、实时性好等特点. 分析采用CEI对GEO卫星定轨时初始整周模糊度解算的可行性, 由于中继卫星的初始轨道精度较低, 对其定轨时必须首先解决模糊度问题. 主控站具有测距功能时, 利用精度较高的距离观测量来计算整周模糊度; 主控站没有测距功能时, 提出了固定模糊度参数的参数估计方法. 仿真计算表明, 系统误差小于1.0 m时该方法效果较好. 给出了该方法对星下点在中国上空一定经度带上的GEO卫星网的整体定轨能力, 当系统误差为0.1 m时, 110°E卫星的迹向精度达到25 m, 对于80°E, 140°E卫星, 迹向精度分别达82 m, 34 m.
GPS在气象火箭遥测跟踪上的应用
史东波, 韦峰, 张宇, 王连忠
2011, 31(5): 666-669. doi: 10.11728/cjss2011.05.666
摘要:
利用GPS全球定位系统、天线云台和宽波瓣天线组成的跟踪系统, 研究了接收位置信息与跟踪之间的时间差, 气象火箭理论弹道误差导致的中断跟踪,气象火箭探空仪分离后至初次定位前的跟踪, 天线云台转到359°位置后反转359°及跟踪过程中跟踪中断后的继续跟踪等关键问题,成功实现了气象火箭探空仪的遥测跟踪. 该跟踪系统在子午工程气象火箭试验中得到较好的应用, 此种跟踪方式相比传统雷达跟踪方式具有体积小、重量轻、操作简单、成本低、机动性强、跟踪可靠性强等诸多优点.
频域波束合成的深空宽带阵列信号处理
胡圣波, 孟新, 姚秀娟
2011, 31(5): 670-674. doi: 10.11728/cjss2011.05.670
摘要:
深空通信已进入了高速率传输的时代. 借助于射电天文中的小口径天线组阵思想,深空阵列网络因其优越的性价比, 已成为深空网络高速数据传输的最终解决途径.基于FX型相关器, 提出了一种集阵列信号合成、相关处理为一体的频域波束合成器架构和方法. 该架构和方法具有很强的鲁棒性和灵活性, 并可支持多任务探测. 同时,介绍了分析-综合滤波、阵列信号相干合成和自适应可变分数时延等信号处理关键技术.
静电悬浮位置控制系统设计与实现
周扬扬, 韦韧, 王超, 孙志斌, 蔡世界, 翟光杰
2011, 31(5): 675-681. doi: 10.11728/cjss2011.05.675
摘要:
静电悬浮位置控制技术是静电悬浮材料实验装置中的关键技术. 以静电悬浮位置控制系统为研究对象, 分析了稳定悬浮样品的基本条件, 并以两组不同波段正交平行光作为光源, 位置测量传感器(PSD)作为位置信号接收器来组成样品的三维位置测量装置. 将PSD的位置输出信号作为输入、模拟电压信号作为输出构建PID位置反馈控制系统, 再利用PID反馈控制系统的输出来驱动高压放大器, 从而按照样品的实时位置变化调整电场强度. 通过选择合理的PID参数, 最终很好地实现了静电悬浮系统中样品位置的稳定控制.
基于JEC-FDTD算法的等离子体天线雷达散射截面计算
陈文波, 李圣, 龚学余
2011, 31(5): 682-686. doi: 10.11728/cjss2011.05.682
摘要:
采用电流密度卷积FDTD算法(JEC-FDTD)计算了等离子体天线的散射特性, 分析了等离子体天线处于工作状态时等离子体参数(密度、碰撞频率)及天线外部约束腔体对天线雷达散射截面(RCS)的影响. 数值结果表明, 等离子体天线的RCS会随等离子体密度的减小及碰撞频率的增大而减小. 而约束腔体只有在高频段时才会对等离子体天线的RCS值产生较大的影响. 因此, 在不影响天线性能的情况下, 可以根据信号频率调节等离子体参数、选取合适的腔体材料以达到增强等离子体天线隐身性能的目的.
构架式可展天线电性能研究
寿建军, 徐彦, 关富玲
2011, 31(5): 687-692. doi: 10.11728/cjss2011.05.687
摘要:
提出了一种构架单元式的展开桁架天线. 对构架式可展天线的电性能进行了研究, 以确定较优的设计参数和结构方案. 针对可展 反射面形态的具体特点, 基于几何光学原理, 推导了可展天线远场的电场强度公式, 将口径面划分成矩形网格, 用数值方法对远场场强进行积分, 得到天线反射面 的方向图. 进而编制相应程序, 用于分析不同设计参数的构架式天线反射面的电性能. 该方法直接将结构变形与天线电性能相联系, 避免了通过均方根换算带来的额外 误差, 使得设计更准确. 此方法同样适用于标准抛物面或者任何已知缺陷反射面的辐射场计算.