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2012年  第32卷  第2期

日球层物理和太阳系探测
极端太阳风条件下的磁层顶位形
丁凯, 黄朝晖, 王赤, 刘慧莲
2012, 32(2): 161-169. doi: 10.11728/cjss2012.02.161
摘要:
基于极端太阳风条件下的三维MHD数值模拟数据, 构建了一种极端太阳风条件下的三维非对称磁层顶位形模型. 所提出的模型考虑了行星际南向磁场(IMF) Bz日下点距离侵蚀的饱和效应, 太阳风动压Bd对磁层顶张角影响的饱和效应, 赤道面、昼夜子午面磁层顶的不对称性以及极尖区的内凹结构和内凹中心的移动, 并利用Levenberg-Marquart多参量非线性拟合方法拟合了模型参数. 数值模拟研究表明, 在极端太阳风条件下, 随Bd增大, 磁层顶日下点距离减小, 磁层顶磁尾张角几乎不变; 随南向(IMF)Bz增大, 磁层顶日下点距离略有减小, 磁层顶磁尾张角减小, 极尖区内凹中心向低纬移动. 通过对2010年8月1日太阳风暴事件验证发现, 本文所建立的模型能够描述极端太阳风条件下的三维磁层顶位形.
Application of ADER Scheme in MHD Simulation
ZHANG Yanyan, FENG Xueshang, JIANG Chaowei, ZHOU Yufen
2012, 32(2): 170-781. doi: 10.11728/cjss2012.02.170
摘要:
The Arbitrary accuracy Derivatives Riemann problem method (ADER) scheme is a new high order numerical scheme based on the concept of finite volume integration, and it is very easy to be extended up to any order of space and time accuracy by using a Taylor time expansion at the cell interface position. So far the approach has been applied successfully to flow mechanics problems. Our objective here is to carry out the extension of multidimensional ADER schemes to multidimensional MHD systems of conservation laws by calculating several MHD problems in one and two dimensions: (ⅰ) Brio-Wu shock tube problem, (ⅱ) Dai-Woodward shock tube problem, (ⅲ) Orszag-Tang MHD vortex problem. The numerical results prove that the ADER scheme possesses the ability to solve MHD problem, remains high order accuracy both in space and time, keeps precise in capturing the shock. Meanwhile, the compared tests show that the ADER scheme can restrain the oscillation and obtain the high order non-oscillatory result.
磁暴期间环电流离子中性原子成像的模拟与观测比较研究
陈志青, 沈超, 路立, 刘振兴, 燕广庆
2012, 32(2): 182-190. doi: 10.11728/cjss2012.02.182
摘要:
采用已经建立的环电流离子解析模型, 结合Chamberlain地冕中性层模型, 研究了2004年11月一次大磁暴期间的环电流区域中性原子(ENA)图像. 结果表明, 模拟的ENA图像与TC-2卫星搭载的中性原子成像仪(NUAUD)的观测图像在方位角或地方时分布、高度或纬度分布和能谱分布方面存在一定的差异. 如果依据磁暴发展的不同阶段来选择环电流离子模型的方位角不对称因子和通量最大方向的方位角, 增大地冕中性层在低高度区域的密度或者考虑氢(H)以外的其他中性成分, 改进注入边界处的离子能谱分布函数, 且考虑不同种类环电流离子的比例随磁暴发展可能发生的变化, 该模型有望产生更符合观测的模拟ENA图像.
Dust Acoustic Wave in Dusty Plasmas With Streaming Ions Under Ultraviolet Irradiation
REN Liwen, WANG Chi
2012, 32(2): 191-196. doi: 10.11728/cjss2012.02.191
摘要:
The reductive perturbation method is applied to investigate the dust acoustic soliton in dusty plasmas with streaming ions under ultraviolet irradiation theoretically and numerically. The self-consistent dust charge variation is taken into account. It is shown that the ultraviolet irradiation can significantly lower the magnitude of the dust negative charge, and ion streaming velocity firstly raise the magnitude of the dust negative charge and then lower it. With the growth of (Ultraviolet) UV photo flux or ion streaming velocity, the phase velocity and width of the solitary waves decrease, whereas its amplitude increases.
改进的二维三阶半离散中心迎风格式
侯天相, 纪珍
2012, 32(2): 197-203. doi: 10.11728/cjss2012.02.197
摘要:
对二维三阶半离散中心迎风格式中的权函数给出了简化改进. 在保持格式精度的基础上, 改进后的权函数在二维情况下具有更加简单直接的结构而且严格非负. 该改进方法得到的格式仍然具有半离散中心迎风格式的优点, 同时保持了重构函数的非振性. 时间离散采用保持强稳定性的三阶Runge-Kutta方法, 并利用四阶Lax-Wendroff (L-W) 格式计算磁流体算例中的磁场散度. 用该修正格式计算了二维磁流体数值算例, 得到高精度无振荡的结果, 验证了此方法的有效性.
利用人工神经网络提前1h预报电离层TEC
翁利斌, 方涵先, 缪子青, 杨升高
2012, 32(2): 204-208. doi: 10.11728/cjss2012.02.204
摘要:
提出了一种利用人工神经网络提前1h预报电离层TEC的简便方法. 考虑到实际工程应用要求, 没有使用其他空间天气参数, 而是选择电离层TEC观测数据本身作为输入参数. 输入参数为当前时刻TEC、一阶差分、相对差分和时间, 输出参数为预报时刻TEC. 利用文中介绍的GPS/TEC处理方法解算厦门站2004年电离层TEC观测数据, 对预报方法进行评估, 全年平均相对误差为9.3744%, 预报结果与观测值相关性达到了0.96678. 结果表明, 利用人工神经网络方法提前1h预报电离层TEC有很好的应用前景.
基于空间统计方法的电离层折射修正技术
黄智, 袁洪
2012, 32(2): 209-215. doi: 10.11728/cjss2012.02.209
摘要:
针对中国上空电离层所具有的特殊性和GPS观测站在中国西部分布相对稀疏的特点, 尝试探索中国卫星增强系统电离层时延信息修正技术, 为卫星导航定位以及遥感、遥测等空间应用工程的电波修正提供数据. 利用中国地壳形变监测网提供的双频GPS数据, 以空间统计方法为主要工具, 给出了普通Kriging电离层估计算法, 构建了平静期和磁暴期电离层理论变异模型, 详细分析了电离层折射修正的精度. 结果表明, 将空间统计方法应用于卫星增强系统中的电离层时延改正问题, 有利于提高增强系统的电离层折射修正精度, 特别是在观测样点相对较少的情况下, 有利于系统完整性的实现.
Variations of Thermosphere Density Based on Joint Analysis of In-Situ Measurement Data From Shenzhou Spacecrafts
SUN Lilin, QIN Guotai, ZHU Guangwu
2012, 32(2): 216-222. doi: 10.11728/cjss2012.02.216
摘要:
Based on the measurements made by Atmospheric Density Detectors (ADDs) onboard Chinese spacecraft Shenzhou 2-4, the variations of thermosphere density are revealed. During the quiet period, the density at spacecraft altitude of 330~410km exhibited a dominant diurnal variation, with high value on dayside and low value on nightside. The ratio of the diurnal maximum density to the minimum ranged from 1.7 to 2.0. The ratio shows a positive correlation with the level of solar activity and a negative correlation with the level of geomagnetic activity. When a geomagnetic disturbance comes, the atmospheric density at the altitude of 330~410km displayed a global enhancement. For a strong geomagnetic disturbance, the atmospheric density increased by about 56%, and reached its maximum about 6~7 hours after the geomagnetic disturbance peak. The density asymmetry was also observed both in the southern and northern hemisphere during the geomagnetic disturbance peak.
微重力和空间生命科学
受控生态生保系统内红萍供氧特性研究
陈敏, 邓素芳, 杨有泉, 黄毅斌, 刘中柱
2012, 32(2): 223-229. doi: 10.11728/cjss2012.02.223
摘要:
研究红萍载人供O2特征, 为红萍生物部件进行系统总体地面模拟试验及空间应用奠定基础,构建了受控生态生保系统密闭试验舱和红萍栽培装置, 在“红萍-鱼-人”共存情况下, 测定密闭舱内O2, CO2浓度的变化. 试验结果显示, 单位重量的鱼耗O2量. 0805~0.0831 L·kg-1·h-1, 排放CO2量为0.0705~0.0736 L·kg-1·h-1; 试验志愿者耗O2量19.71 L·h-1, 呼吸释放CO2量18.90 L·h-1. 人工光照保持7000~8000 lx条件下, 红萍的光合作用与人和鱼的呼吸作用相辅相成, 舱内O2, CO2浓度趋于平衡. 密闭舱内CO2浓度升高对促进红萍群体净光合效率有明显效果, 红萍光合放O2能力很强, 能有效促使密闭舱内O2, CO2浓度朝着有利于人生存的环境方向平衡, 进而验证了红萍的空间应用前景.
三维回转器回旋条件下拟南芥种子发育分析
徐国鑫, 张岳, 魏晓静, 郑慧琼
2012, 32(2): 230-237. doi: 10.11728/cjss2012.02.230
摘要:
向重力性反应是植物适应地球重力环境的一个重要生理过程, 是植物正常生长发育不可缺少的反应机制, 但是, 微重力是否影响植物种子发育至今尚无一致性结论. 本文研究了三维回转器回旋模拟微重力对拟南芥种子发育(胚胎发育与代谢活动)的影响. 研究结果表明, 三维回转条件下, 拟南芥果荚出现不规则弯曲或扭曲形态, 形成的种子中可溶性糖和淀粉含量明显增加, 盐溶性贮藏蛋白质含量显著降低而碱溶性蛋白质含量显著升高, 球形胚时期的种子对三维回转处理最为敏感. 对球形胚时期的植株进行短期的三维回转处理可抑制胚柄细胞的分裂和伸长, 而胚柄伸长受阻可能会影响到营养物质向胚胎中输送, 进而导致部分胚胎败育. 对种子干燥脱水阶段的植株进行三维回转处理不影响胚胎的发育, 但会导致种子贮藏蛋白质含量下降.
空间探测技术
Orbit Design for Responsive Space Using Multiple-objective Evolutionary Computation
FU Xiaofeng, WU Meiping, ZHANG Jing
2012, 32(2): 238-244. doi: 10.11728/cjss2012.02.238
摘要:
Responsive orbits have exhibited advantages in emergencies for their excellent responsiveness and coverage to targets. Generally, there are several conflicting metrics to trade in the orbit design for responsive space. A special multiple-objective genetic algorithm, namely the Nondominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ (NSGAⅡ), is used to design responsive orbits. This algorithm has considered the conflicting metrics of orbits to achieve the optimal solution, including the orbital elements and launch programs of responsive vehicles. Low-Earth fast access orbits and low-Earth repeat coverage orbits, two subtypes of responsive orbits, can be designed using NSGAⅡ under given metric tradeoffs, number of vehicles, and launch mode. By selecting the optimal solution from the obtained Pareto fronts, a designer can process the metric tradeoffs conveniently in orbit design. Recurring to the flexibility of the algorithm, the NSGAⅡ promotes the responsive orbit design further.
空间天气模式集成可视化演示软件设计
黎芳芳, 姜秀杰, 刘成, 陈志敏
2012, 32(2): 245-250. doi: 10.11728/cjss2012.02.245
摘要:
空间天气模式集成是空间天气预报业务化的基础, 空间天气模式集成可视化演示软件系统是其中重要的研究内容之一. 空间天气模式种类繁多, 要素多样, 模型复杂, 且各模式可视化形式及方法具有差异性. 本文综合当前中国空间天气模式的特点, 构建了一套空间天气模式集成可视化演示系统. 该系统兼容性好、可扩展性高, 能够集成当前中国空间天气中大多数模式. 讨论了空间数据管理方法, 基于Visual C++ 软件平台和OpenGL可视化软件模块,以动态加载方式初步实现了多个空间天气模式的可视化集成.
对地观测DSS任务分配问题的CSP模型与算法
高黎, 李志猛
2012, 32(2): 251-256. doi: 10.11728/cjss2012.02.251
摘要:
任务分配是对地观测分布式卫星系统(Distributed Satellites System, DSS)自主协作运行过程中的一个重要环节. 针对任务分配中的约束满足问题(Constraint Satisfaction Problem, CSP), 以DSS完成任务总耗能最少为原则, 构建了任务分配问题的CSP模型, 并引入MAS理论中的合同网协议, 给出模型的求解算法, 通过仿真算例对模型和算法进行了验证.
地单光子通信全链路仿真系统设计与实现
崔明路, 王治强, 刘薇
2012, 32(2): 257-264. doi: 10.11728/cjss2012.02.257
摘要:
目前空——地单光子通信系统的设计大都基于分系统进行性能分析, 很难给出系统级的性能参数, 为系统设计优化提供可信的支持. 为了综合评价空——地单光子通信的系统性能, 采用全链路系统仿真的方法, 基于离散事件仿真器构建空——地单光子通信仿真的全链路系统, 通过蒙特卡洛方法仿真模拟捕获、瞄准、跟踪过程和单光子通信过程, 有效模拟各子系统间的耦合关系, 对空——地单光子通信系统的关键性能参数做出综合、准确的评价, 为系统设计和优化提供依据.
航天电子设备可靠性评估方法研究
孙鹏, 赵阳, 董海平
2012, 32(2): 265-259. doi: 10.11728/cjss2012.02.265
摘要:
建立了一种综合利用航天电子设备分系统可靠性信息和试验数据以及整机系统试验数据的Bayes可靠性评估方法. 该方法利用最大熵方法融合分系统可靠性信息, 推导了从分系统可靠性矩到系统可靠性矩的计算公式, 然后建立了基于继承因子ρ的混合β先验分布, 结合整机系统试验数据确定后验分布, 最后, 基于后验分布推断航天电子设备可靠性. 采用该方法对航天电子设备可靠性进行了评估, 当整机系统试验数据为240次时, 航天电子设备在置信水平0.70的情况下可靠度可达到0.9991, 所要求的整机系统试验次数比经典方法约降低了4/5.
基于Scrubbing的空间SRAM型FPGA抗单粒子翻转系统设计
马寅, 安军社, 王连国, 孙伟
2012, 32(2): 270-276. doi: 10.11728/cjss2012.02.270
摘要:
基于SRAM工艺的FPGA在空间环境下容易受到单粒子翻转(Single Event Upsets, SEU)的影响而导致信息丢失或功能中断. 在详细讨论三模冗余(Triple Modular Redundancy, TMR)和刷新(Scrubbing)的重要原理及实现细节的基 础上, 实现了一种高可靠性、TMR+Scrubbing+Reload的容错系统设计, 用反熔丝型FPGA对SRAM型FPGA的配置数据进行毫秒级周期刷新, 同时对两个FPGA均做TMR处理. 该容错设计已实际应用于航天器电子系统, 可为高可靠性电子系统设计提供参考.
一种基于PC和FPGA的通用中频雷达回波模拟器
陈秀伟, 张云华, 张祥坤
2012, 32(2): 277-283. doi: 10.11728/cjss2012.02.277
摘要:
提出了一种通用雷达回波模拟器硬件系统. 该模拟器系统以FPGA为核心器件,基于这种器件技术的强大功能和灵活性, 使得该模拟器与传统模拟器相比,具有可扩展、可编程和可升级的特性. 所开发的雷达回波模拟器经过测试,其性能指标满足应用要求.
TC-2卫星探测伸杆在技术状态更改设计中的仿真分析
杨萱, 杨华, 乔志宏, 任维佳
2012, 32(2): 284-288. doi: 10.11728/cjss2012.02.284
摘要:
讨论了TC-2卫星探测伸杆在技术状态更改中的结构和力学问题, 并对TC-2卫星 探测伸杆锁紧支座进行了模态分析、结构静强度计算和解锁机构展开的仿真分 析. 结果表明, 伸杆锁紧支座在更换火工切割器后, 支座频率变化不大, 不会 对整星的基频产生影响, 改进后的锁紧支座结构能够承受动载荷, 最大应力和 应变均在材料的许用范围之内, 锁紧支座在打开过程中不会与任何零件发生干 涉, 满足卫星对伸杆部件的要求.
探空火箭图像压缩算法研究
李国庆, 刘波, 于世强
2012, 32(2): 289-297. doi: 10.11728/cjss2012.02.289
摘要:
结合探空火箭图像系统需求, 提出了一种基于小波变换编码, 即基于MSPIHT的自适应差分算术编码(MSPIHT Adaptive Differential Arithmetic Coding for image, MADAC)的图像压缩算法. 该算法对经过量化编码之后的数据 进行熵编码. 实验结果表明, MADAC算法具备探空火箭图像系统所要求的分辨 率、帧速率及压缩率可调的功能, 且易于硬件实现.
TDI-CCD遥感图像条带噪声的消除
赵变红, 何斌, 杨利红, 陶明慧, 任建岳
2012, 32(2): 298-304. doi: 10.11728/cjss2012.02.298
摘要:
针对TDI-CCD遥感图像固有条带噪声的灰度值在原始信息中变化比较缓慢的特 点及小波变换对奇异点检测的优越性, 提出了一种快速傅里叶变换和小波变换 相结合的方法来确定条带噪声频率点所在的位置, 采用改进的陷波滤波器对条 带噪声的频率成分进行消除. 另外, 提出一种基于提升小波变换的改进阈值 函数法, 用以消除图像的条带噪声. 实验结果表明, 在消除条带噪声方面, 改 进的陷波法优于改进的阈值函数法, 而改进的阈值函数法优于硬阈值函数和软 阈值函数法. 利用改进的陷波法消除条带噪声后, 图像的质量得到提高, 其PSNR达到46.4181dB, NMSE减小到0.00007, 相对基于提升小波变换的 几种阈值函数法, PSNR提高了3~4dB, 而NMSE则减小了 0.00007~0.00011. 本文提出的方法能较好地消除遥感图像的条带噪声, 同时能够较好地保持原图像的特征, 具有可行性.