空间科学学报

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郑洋, 李丹, 梁祖仲, 程永, 郑中杰

, doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0086

摘要(176) HTML全文(31) PDF 1949KB(14)

摘要:
提出了一种面向小规模面元天体数据集的二阶段边缘检测方法. 第一阶段采用基于数字图像处理技术的窗口–边缘检测法进行初步边缘提取. 第二阶段则引入基于ResNet调整后的LPC-ResNet分类器, 用于补充第一阶段中可能遗漏的边缘点. 对新视野号远程勘测成像仪图像中的冥王星和冥卫一的边缘检测实验结果表明, 窗口–边缘检测法在精确率方面表现最佳, 即其去除非边缘点的能力最强, 但召回率较低. 通过引入LPC-ResNet, 召回率与F₁分数均有提升, 从而增强了对边缘点的保留能力, 使提取的边缘更完整. 此外, 基于提取的边缘对冥王星和冥卫一进行的中心测量应用实验显示, 二阶段方法相较于单一的窗口–边缘检测法具有更高的检测精度, 证实了LPC-ResNet可有效改善窗口–边缘检测法的边缘提取结果.

FY-3D 电离层光度计IPM对2024年5月11日特大磁暴的响应研究

江芳, 毛田, 付利平, 王劲松, 胡秀清, 张效信, 王云岗, 贾楠, 王天放

, doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0079

摘要(292) HTML全文(38) PDF 4681KB(49)

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135.6 nm辉光辐射、白天光电子碰撞激发产生的OI 135.6 nm 和N₂ LBH辉光辐射, 可以反演得到夜间峰值电子密度N_mF₂、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135.6 nm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数据并没有如此大的增强; 另外, 测量190 nm以上波长辐射贡献的夜间杂散光通道在磁暴日也相应地增强, 而这一波段的辐射机制与电离层并无直接关联.

基于声谱图和卷积神经网络的磁暴图像识别

李鸿宇, 孙君嵩, 王丽, 杨杰, 赵雨馨

, doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0066

摘要(124) HTML全文(28) PDF 1069KB(10)

摘要:
磁暴是一种重要的地磁场扰动中类型, 影响着通信、电力和航空航天等领域, 因此对磁暴识别技术进行研究与创新有助于磁暴信息的应用. 本文基于2010－2023年12个定点地磁观测水平分量分钟值数据, 采用声谱图成像技术, 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. 实验结果显示, 模型的准确率为97.41%, 精确率为98.00%, 召回率为96.80%, 模型的预测能力较好, 这表明声谱图成像技术在图像识别分类问题中具有较高的实用性, 且VGG19卷积神经网络模型用于磁暴日和磁静日地磁分类的可行性较高, 研究结果为磁暴预警与监测提供了新的思路.

西北走廊地区电离层吸收特性研究

辛浩, 赵海生, 王俊江, 葛淑灿

, doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0075

摘要(209) HTML全文(29) PDF 3740KB(34)

摘要:
电离层f_min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f_min数据, 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、甚低频(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.

Kelvin-Helmholtz不稳定性在中磁尾磁层顶的晨昏不对称性分布

冯静伊, 周悦, 吕建永, 王明, 张赫

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0038

摘要(291) HTML全文(58) PDF 4357KB(24)

摘要:
地球磁层顶频发的开尔文–赫姆霍兹(Kelvin-Helmholtz, K-H)不稳定性在太阳风的物质和能量向地球磁层的输运过程中发挥着重要的作用. 研究筛选出2015－2020年中磁尾区域(X≈–60 R_e)的磁层顶穿越事件, 结合51个中磁尾处的K-H不稳定性事件, 统计研究了K-H不稳定性在中磁尾磁层顶的晨昏不对称性分布. 结果表明, 在中磁尾区域, 磁层顶晨侧的K-H不稳定性发生率较高. 在行星际磁场(Interplanetary Magnetic Field, IMF)北向条件下, 发生在磁层顶晨侧的K-H不稳定性事件数量明显超越昏侧; 当帕克–螺旋(Parker-Spiral, PS) IMF主导时, 昏侧K-H不稳定性事件更多. 太阳风的不同参数也会显著影响中磁尾区域磁层顶晨昏两侧的K-H涡旋分布. 磁尾区域的K-H波动也是导致磁尾等离子体片中不同温度的等离子体分布不对称的原因之一.

热波在超低热导率材料中传递特性的研究

洪思慧, 周宇鹏, 赵欣

, doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0101

摘要(97) HTML全文(22) PDF 1922KB(8)

摘要:
考虑具有时频变化的空间外热流和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, 获得热流传递路径上材料各处的温度响应特性; 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.

低轨遥感卫星星地多站接力数据传输时间优化策略

陆召严, 范森权, 付碧红, 包丽平, 汪灏

, doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0083

摘要(237) HTML全文(40) PDF 5240KB(31)

摘要:
针对低轨遥感卫星多站数传接力问题中链路切换时刻选择及接力场景复杂的问题, 提出了一种基于链路切换时间优化的多站数传接力方法, 简化多站接力场景并选择最优接力时刻, 提升数传接力传输时长. 在该方法中, 首先建立多站接力的数学描述, 并构建卫星与地面站链路切换时间的表达方法. 基于主流的低轨遥感卫星和地面站特征, 建立星地数传接力场景, 归纳可见时间弧段特征, 构建多站接力复杂场景的两站化优化策略, 同时对链路切换时间进行数值求解, 寻求接力时间最短的接力时刻. 最后, 使用典型的星地数传模型仿真计算验证本文构建的带有优化策略的数传接力方法. 仿真结果表明: 在国内三个典型地面站场景下, 卫星和地面站的数传链路存在32.0%可接力数传弧段, 其中三站接力场景占比17.9%, 三站接力场景可以通过优化策略简化成两站接力场景并存在最优接力时刻, 使用接力时间优化策略后, 最短链路切换时间相比最长接力时间可缩短最高达25%; 使用优化后的数传接力方法进行接力数传, 每次可用时间的平均值由单站的7.61 min提升为11.12 min.

中国区域不同季节电离层修正对GPS系统SPP的影响

张春, 王格, 张旻剑, 朱一龙, 王偲偲

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0073

摘要(174) HTML全文(27) PDF 8392KB(4)

摘要:
针对中国区域, 分别采用Klobuchar模型、BDGIM模型、IGS电离层格网数据, 以及区域建模生成的CHNION, 对2022年3月、6月、9月、12月共4个月不同纬度测站进行标准单点定位(Standard Point Positioning, SPP), 通过比较SPP结果精度, 对多种电离层模型或数据在中国区域内的修正精度进行分析. 研究结果表明: 中国区域采用Klobuchar模型修正的SPP精度最差, 相比之下, BDGIM模型4个测站平均提高定位精度20%. 在中低纬度测站BJF1, ZLTG, HKSL上, 采用CHINON进行电离层延迟修正后, 3个测站的每月平均定位精度依次为1.65, 1.27, 3.2, 2.87 m, 采用IGS最终电离层格网数据进行电离层修正后, 3个测站的每月平均定位精度依次为1.6, 1.37, 3.1, 2.73 m.

基于LSTM神经网络的Dst指数预报方法

李绍文, 牛俊, 梅冰, 姚俐竹, 李炎斌

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0045

摘要(487) HTML全文(118) PDF 4636KB(48)

摘要:
Dst指数是当前使用较广泛的用于反映磁暴过程的小时地磁指数, 对Dst指数的预报是现代空间天气学主要研究内容之一. 基于LSTM神经网络方法, 利用2008－2022年的太阳风参数和Dst指数建立Dst指数预报模型, 分别为使用全时域数据建模的LSTM模型和仅使用磁暴期间数据建模的Storm模型. 使用LSTM模型对2001－2002年间的Dst指数进行滚动预报, 预报结果显示该模型对提前1～6 h的Dst指数预报相关系数达到0.94以上, 均方根误差在11 nT以内. Storm模型能够较好地解决LSTM模型在磁暴(尤其是强磁暴, Dst< –100 nT)主相期间预报误差较大的问题, 对2001－2002年期间的23次强磁暴事件预报结果表明, Storm模型对磁暴期间提前6 h的预报结果相关系数较LSTM模型由0.902提升至0.948. 综合两个预报模型组成的LSTM-Storm模型对Dst指数的预报结果相关系数在0.95以上, 均方根误差在9 nT以内, 相比单LSTM模型的预报精度有显著提升.

深空探测领域知识库构建与有效载荷配置

阳松, 牛文龙, 彭晓东, 李思奇, 刘金诚, 杨震

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0054

摘要(394) HTML全文(81) PDF 4948KB(46)

摘要:
根据国家在深空探测领域任务规划论证战略需求, 针对深空探测领域任务种类繁多、数量巨大、系统复杂, 数据难以直接利用等问题, 提出一种深空探测领域知识库构建方法. 通过对深空探测领域知识分析并结合专家知识自顶向下构建本体模型, 在此基础上提出一种基于N-gram和文本语义聚类分析的本体更新策略, 对深空探测领域文本进行语义识别处理, 自底向上动态更新本体; 整合已有结构化、半结构和非结构化数据, 构建深空探测领域知识库, 共包含实体节点2140个, 关系4608条, 属性9079条; 提出一种基于深空探测领域知识分析的有效载荷配置方法, 对知识库中的科学目标等信息进行关联分析, 将知识抽取模型与语义相似度模型相结合, 综合探测对象与历史有效载荷信息, 推荐出满足科学目标的有效载荷配置, 并利用天问一号任务对所提出的方法进行验证.

空间洗衣平台的设计、流场分析与上行资源代价评估

杨朝舒, 李森, 朱光亚, 杨松林, 丁彭博, 孙民政, 曹适意

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0058

摘要(251) HTML全文(67) PDF 5909KB(28)

摘要:
针对在轨中长期驻留阶段航天员衣物洗涤的迫切需求, 以及地面传统洗衣技术无法适用于微重力环境的问题, 设计了一种基于雾化臭氧原理的空间洗衣平台. 该平台利用超声雾化阵列将液态水雾化浸润衣物, 通过紫外照射产生臭氧用于除菌; 采用有限元方法对微重力环境下液滴与衣物的附着情况、洗衣平台的内流场进行了仿真分析, 重点分析了在微重力和地面重力条件下液滴在洗衣腔体内分布的均匀性区别. 在此基础上, 根据相对湿度、臭氧浓度等指标确定了预雾化时间、内循环风扇流量等参数; 随后, 采用等效系统质量的方法对雾化臭氧洗衣平台的上行资源代价进行了评估, 该洗衣技术在轨运行一年的资源代价仅为商选洗衣技术的15.7%, 当在轨运行5年后, 相比于完全将衣物作为消耗品上行, 可节省61.9%的等效系统质量. 通过分析两种方法的收益平衡时间点可知, 对于任务周期超过5个月的空间站任务、周期超过2.5个月的深空探测任务, 发展在轨洗衣技术更具资源代价优势. 本文的工作有望为未来中国在轨洗衣技术的发展提供参考.

2016HO3轨道确定及雅科夫斯基效应力探测分析

曹建峰, 满海钧, 刘山洪, 黄皓, 张宇

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2025-0007

摘要(198) HTML全文(61) PDF 4820KB(30)

摘要:
针对自主小行星探测任务中对历表的高精度需求, 对小行星2016HO3进行数据处理与深入分析. 构建了小行星2016HO3的高精度动力学模型, 该模型在40年积分周期后与Horizons星历的偏差保持在400 m以内. 利用MPC发布的观测数据进行了定轨计算, 并对两种不同加权策略下的定轨结果进行了对比分析. 同时, 在轨道解算过程中, 还尝试进行了雅科夫斯基效应力的探测. 结果表明, 两种加权策略下的残差表现出高度一致性, 但轨道偏差却接近100 km. 此外, 通过轨道解算成功探测到了雅科夫斯基效应, 并验证了该检测方法的有效性. 轨道演化分析进一步揭示, 当地面设备在每年固定月份观测小行星时, 该月份的轨道偏差最为稳定, 而其他月份的轨道则呈现出显著的发散趋势. 本研究为自主小行星探测任务后续的测量数据处理提供了有益的参考和理论方法支持, 有助于提升探测任务的精度和可靠性.

天问二号任务目标小行星 (469219) Kamo‘oalewa的自转特征与表面热环境

应佳峻, 季江徽, 姜浩轩, 谭东杰, 胡寿村, 包纲

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2025-yg04

摘要(236) HTML全文(69) PDF 4861KB(46)

摘要:
详细分析了近地小行星Kamo‘oalewa的轨道特征、自转参数以及与地球的相对运动, 通过对光变曲线的拟合, 初步确定了该小行星自转轴的指向 ($ \lambda =67. 9°\pm {3. 1}^{\circ },\;\beta =-46. 0°\pm {10. 6}^{\circ } $). 模拟未来天问二号空间任务对该小行星的探测过程, 得到了探测器在接近小行星过程中可能观测到的视星等级的变化情况. 利用先进热物理模型 (ATPM), 对Kamo‘oalewa的表面温度分布进行详细分析, 揭示该小行星在不同热惯量条件下的详细温度分布特征. 基于分析对未来深入研究该天体的路径进行了展望, 强调高分辨率探测设备及长期观测数据对提高小行星旋转特性和轨道参数精度的重要意义. 天问二号任务的顺利实施将为进一步揭示小行星的起源与演化历史提供宝贵的数据支撑.

Enhanced Ion Sampling Techniques for In-situ Neutral Gas and Low-energy Ions Exploration of Main-belt Comet

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0124

摘要(153) HTML全文(37) PDF 2540KB(16)

摘要:

TLE轨道反演大气密度精度评估

任廷领, 罗冰显, 苗娟, 王荣兰, 王昕, 刘四清

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0060

摘要(381) HTML全文(56) PDF 1033KB(33)

摘要:
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, 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2002－2017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 d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%.

阿尔及利亚星基增强系统单频SBAS服务性能研究

潘丽静, 王玲, 金彪, 王雷雷, 刘宁宁, 赵立谦, 王绍贤, 荆慧

, doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0078

摘要(275) HTML全文(44) PDF 3095KB(16)

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)建设的面向阿尔及利亚地区的星基增强系统(SBAS), 已处于正式运行阶段. 为进一步了解掌握该系统的服务性能, 本文首先对该系统进行了介绍, 然后对该系统地球静止轨道(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定位有明显提升, 平均提升39%以上, SBAS PPP各站3D定位精度平均值优于0.45 m. 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I类垂直引导进近(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.

2023年西北地区临近空间火箭探测数据分析评估

何阳, 陈泰龙, 黄江平

, doi: 10.11728/cjss2025.04.2024-0074

摘要(176) HTML全文(33) PDF 1344KB(8)

摘要:
气象火箭是一种获取临近空间大气环境垂直分布精细结构的重要原位探测手段, 其探测结果具有比地基和天基遥感探测更高的精度, 客观评估其数据质量是各部门有效使用该探测数据的重要前提. 本文利用2023年冬季在西北地区进行的一次气象火箭探测, 获取了20～60 km高度区间内的气温、风场、密度和气压数据, 对热敏电阻测得的温度进行了偏差修正, 并将探测结果与遥感探测、经验预报模式以及再分析资料等数据进行了比对评估. 结果表明: 火箭探测风场结果与再分析数据吻合得较好, 并且能够更加准确地描述对应区域的精细大气环境; 火箭实测气温偏差在40 km以上逐渐凸显, 主要偏差项为电流加热项、温度滞后项以及气动加热项, 修正后的气温与参考数据吻合性较好, 不同来源的气温数据主要差异是平流层顶气温拐点出现的高度不同; 气压和密度结果的偏差随着高度的上升而增加. 分析认为, 本次火箭的探测数据质量较好, 精度较高, 通过对数据的分析评估验证了大气要素反演数学模型有效可靠.

基于激光雷达的中低纬地区上空钠层月变化特征

柴薇薇, 张铁民, 何诗敏, 张一民, 羊大立, 彭鸿雁, 王继红

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0064

摘要(284) HTML全文(41) PDF 5720KB(13)

摘要:
2020年在不同纬度地区使用相同设备的钠荧光激光雷达对钠层同时进行观测. 使用观测所获得的钠层回波光子数据进行反演计算, 在不剔除钠层特殊事件的情况下探讨其地理性差异. 研究显示, 除8月外, 中纬度地区北京(40.5°N, 116.0°E)柱密度月平均值均高于低纬度地区海口(20.0°N, 110.3°E). 2020年北京和海口发生突发钠层事件概率分别为5.3%和44.9%, 双钠层事件概率分别为5.3%和4.3%; 其中, 北京突发钠层密度峰值高度均处于较高海拔位置, 强度因子可达到全年最大值10.6. 海口突发钠层月平均绝对密度峰值均高于北京, 峰值高度则反之. 两地对比发现, 北京上空钠层月变化相对于海口地区较为规律, 北京双钠层事件较为集中, 其中在5月较为频繁. 两地双钠层中第二钠层平均峰值高度均位于110 km附近.

面向SDGSAT-1卫星任务规划与指令生成的一体化软件设计及实现

蔡济济, 虞业泺, 羊书杰, 陈玉君, 李伟, 周达

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0059

摘要(330) HTML全文(50) PDF 2441KB(37)

摘要:
面向SDGSAT-1卫星载荷包括热红外成像仪、城镇微光及近海多光谱成像仪, 3类载荷开机模式可选择单载荷开机和双载荷组合开机, 各类载荷观测时间根据载荷数据速率、光照条件、工作区域、数传时间及下传速率等约束确定, 实现了一种面向SDGSAT-1卫星多载荷、多约束条件下集任务规划与指令生成于一体的技术, 该技术成功应用于SDGSAT-1卫星满足任务规划需求, 规划生成满足卫星及载荷使用约束的有效载荷控制计划和数据接收计划, 针对生成的有效载荷控制计划编制有效载荷控制指令, 生成的数据接收计划编制数传接收指令, 最终通过指令发送模块发送给测控系统, 完成载荷在轨管理. 同时, 任务规划指令系统综合评估数传数据下传的各情形, 系统引入双站接力模式, 最大程度地提高卫星数传数据下传量.

基于VGG16与自注意力机制融合的极光千米波识别

王鹤野, 郭雪豆, 张赛, 黄泱泱, 刘天乐, 赵舒雅

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0043

摘要(229) HTML全文(74) PDF 6301KB(42)

摘要:
提出了一种能准确识别极光千米波(Auroral Kilometric Radiation, AKR)的方法, 为进一步研究极光千米波在地球辐射带能量粒子剧烈变化过程中的作用提供支撑. 首先采用VGG16卷积神经网络作为基础模型, 从原始数据中提取出有助于识别AKR的局部特征. 之后引入嵌入VGG16网络的定制化自注意力机制(Self-Attention Mechanism embedded in VGG network, SAM-V), 该机制有助于捕捉功率谱图中不同时间点或频率上的信号可能存在的关联, 减小其他杂波的影响, 提高识别准确性. 同时, 采用线性学习率预热和动态衰减策略使模型更快地收敛并提高泛化能力. 实验结果表明, 改进后的模型平均识别准确率在93%左右, 比原始VGG16平均提高约3.3%, 并且召回率和精确度等指标均有所改善.

极光亚暴爆发时点机器识别方法

蒋家楠, 邹自明, 陆阳

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0039

摘要(265) HTML全文(43) PDF 1305KB(15)

摘要:
极光亚暴是地球磁场与太阳风相互作用产生的一种地磁扰动现象, 对于其爆发时点的准确识别有助于深入理解其背后的物理机制. 现有的极光亚暴爆发时点机器识别方法在标准上与人工识别存在差异, 且通常需要经过复杂的图像预处理和人工调参. 为了实现与人工识别标准一致的极光亚暴爆发时点机器识别方法, 设计了两种识别策略, 旨在解决在复现人工识别标准时遇到的图像序列长度不定长问题. 研究采用深度学习方法, 并提出了一种基于CBAM注意力的EfficientNet, 以此作为重要组件来构建模型. 使用Polar卫星1996－1998年的紫外极光图像对模型进行训练, 并在1999－2000年的图像数据上进行测试. 模型识别精确率可达0.98, 识别效率可达36.93 frame·s^–1. 该模型不仅摆脱了现有模型对于图像预处理的依赖, 还能够适用于真实观测下图像序列不等长以及暴时序列与非暴时序列样本数量极端不均衡的情况, 具有较高的实用性.

星载飞行时间系统中石墨烯薄膜和碳膜的性能对比仿真

徐鹏晖, 孔令高, 张爱兵, 麻继杰

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0156

摘要(174) HTML全文(50) PDF 6252KB(7)

摘要:
在空间探测应用领域, 石墨烯薄膜因其低厚度特性, 成为一种受到研究者关注的新材料. 针对利用石墨烯薄膜替代碳膜作为星载薄膜式飞行时间(Time of Flight, TOF)系统中透射薄膜材料的应用情景, 采用粒子透射仿真软件SRIM和粒子光学仿真软件SIMION进行联用的方法, 进行石墨烯薄膜和碳膜在TOF系统中具体表现的计算机仿真模拟, 得到了飞行时间谱图、散斑分布与散角、探测效率等指标的对比结果. 仿真结果表明, 应用于星载TOF系统的石墨烯薄膜相比碳膜表现出更好的质谱分辨、更小的散斑半径和散角以及更高的探测效率, 表明使用石墨烯薄膜替代碳膜可明显提升薄膜式TOF系统的性能. 对该结论的进一步证明则需要对应的实验测试数据和结果. 相关结果可为后续对石墨烯薄膜进行实际测试以及其他相关研究提供参考.

肌骨系统多刚体动力学建模在载人航天领域的研究进展

张静, 周毕云, 聂嘉辰, 董先鹏, 丁立

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0163

摘要(144) HTML全文(49) PDF 3385KB(9)

摘要:
随着中国载人航天事业由近地空间向深空探测推进, 长期空间飞行中航天员肌骨系统损伤防护和地外星球探测中低重力环境适应, 成为航天员健康和安全保障的关切问题. 为解决地面模拟微重力/低重力环境人体运动肌骨系统响应等方面的局限, 基于生物力学原理和计算机辅助设计的肌骨系统建模仿真技术逐渐成为评估航天员锻炼方案和分析微重力/低重力运动特征的新型方法和工具. 本文基于多刚体动力学建模和仿真方法, 综合分析了载人航天领域肌骨系统动力学建模仿真方法的基本原理、可信度评估与研究进展, 并在此基础上讨论了其在航天员锻炼、舱外航天服优化及地外星球任务执行等方面的应用现状, 进而提出未来发展前景与研究方向.

基于中频雷达天线贡献值参数的降噪新方法

邹展卓, 王黎明, 韦峻峰, 唐仲才, 宋晓远, 朱金鹏, 陈金松, 李娜

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0197

摘要(78) HTML全文(35) PDF 4824KB(9)

摘要:
全相关分析法(Full Correlation Analysis, FCA)是常用的中频 (Medium Frequency Radar, MF)雷达风场反演算法, 但其对噪声较为敏感, 对噪声的有效处理可以帮助提升FCA方法在MF雷达风场反演中的准确性. 目前, MF雷达广泛采用的多项式拟合降噪法在不同噪声环境下的处理能力不一致, 导致MF雷达所能观测到的有效风场数据变少, 制约了MF雷达在MLT区域风场观测的应用前景. 因此, 寻找一类对噪声强度不敏感的降噪方法是提高MF雷达大气风场反演有效性的一条新思路. 本文首次将天线贡献值参数引入MF雷达, 提出了以天线贡献值参数为评价标准的MF-AH算法,对MF雷达接收信号生成的相关函数进行有效降噪处理. 将该算法与现有成熟雷达的多项式拟合方法相比, 通过模型数据和实测数据验证, MF-AH算法在低信噪比条件下将纬向风速和经向风速的误差降低了约 20%. 同时, 该算法摒弃了以噪声为核心评价指标的限制, 显著提升了风场数据的有效性和丰富性.

太极计划中的测温电桥激励源设计与验证

言立慧, 刘河山, 边星, 罗子人

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0040

摘要(361) HTML全文(98) PDF 818KB(21)

摘要:
热扰动是空间引力波探测最重要的干扰来源之一, 为满足中国空间引力波探测“太极计划”的需求, 需要保证探测器光学干涉平台所在区域温度波动优于10 μK·Hz^–1/2 @ 0.1 mHz～1 Hz, 这需要μK·Hz^–1/2的温度测量技术. 针对空间引力波探测对高分辨率测温技术的需求, 研制了一套基于惠斯通电桥的多激励源的测温电桥实验装置. 讨论了测温电桥的激励源及其他组件的设计方案, 并进行了恒压源、恒流源和交流源激励下的测温电桥本底噪声的实验验证. 结果表明, 在三种激励源分别激励电桥时, 交流源结合锁相读出技术相较其他两种激励源能够达到更低的本底噪声, 且在30 mHz～1 Hz频率范围内的噪声优于10 μK·Hz^–1/2, 基本能满足“太极探路者”的指标要求, 对太极计划后续μK·Hz^–1/2级温度测量系统的研制提供了重要参考.

1 bit Sigma-Delta数字磁通门磁强计仿真

吕尚, 王劲东, 张艺腾

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0061

摘要(259) HTML全文(45) PDF 1076KB(7)

摘要:
设计了一种基于1 bit Sigma-Delta调制技术的数字磁通门磁强计, 并利用Matlab Simulink工具对其进行仿真建模与分析, 获得了系统在噪声、线性度、动态响应速度以及频率响应等方面的性能参数. 在±1000 nT量程范围内, 该磁强计系统在1 Hz处的噪声为0.17 pT·Hz^–1/2, 最大线性误差为1.04 pT, 动态响应速度为1.07×10³ nT·s^–1, 频率响应带宽超过30 Hz. 仿真结果证实, 采用1 bit Sigma-Delta调制技术显著提高了数模转换器(Digital-to-Analog Converter, DAC)的转换精度, 有效降低了数字磁强计系统的本底噪声和非线性误差, 显著提升了数字磁强计的性能. 基于1 bit Sigma-Delta调制技术的数字磁通门磁强计性能指标能够满足高精度磁场探测任务的要求, 为空间磁场探测领域提供了一种高精度、高可靠性的探测手段, 在深空探测及空间科学领域具有广泛的应用前景.

基于中高层大气激光雷达的汤加火山灰探测

汪为, 王积勤, 季凯俊, 程学武, 林鑫, 杨勇, 李发泉

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0046

摘要(298) HTML全文(78) PDF 482KB(23)

摘要:
采用中高层大气激光雷达在武汉 (30.5°N, 114.3°E)上空对汤加火山灰进行探测, 分析汤加火山灰2022年3月至7月在武汉上空传播时的强度变化, 并对火山灰的埃指数进行了分析. 研究发现, 在2022年3月8日至2022年4月7日期间, 探测到的火山灰信号相对较弱, 从2022年4月10日开始, 激光雷达探测到的火山灰回波信号强度突然增强, 并且该信号在随后的几个月中持续稳定维持在海拔20～25 km之间. 这一现象表明, 火山灰的传播在这段时间内发生了明显变化, 可能与大气的流动特征密切相关. 通过对所探测的火山灰高度进行分析, 发现火山灰在平流层中的传播呈现不均匀的层状结构, 显示火山灰在不同高度和层次之间的分布差异, 为进一步研究火山灰在大气中的传播机制和对环境的影响提供了重要的依据. 此外, 根据所获得的激光雷达数据分析结果可知, 在2022年4－7月, 探测到的火山灰高度与火山灰颗粒尺寸的相关性较弱, 这表明火山灰颗粒的运动和沉降行为可能受到多种复杂因素的影响.

面向航天控制软件智能合成技术评价方法

王鹤然, 赵明, 董晓刚, 顾斌, 李晓锋, 钟睿明

, doi: 10.11728/cjss2025.03.2024-0041

摘要(305) HTML全文(56) PDF 3534KB(20)

摘要:
程序合成是自动生成满足用户意图程序代码的软件开发活动, 随着人工智能在程序合成领域的成功应用, 智能程序合成技术逐渐成为软件开发的新范式. 虽然现有一些智能程序合成技术的评价方法, 但是仍面临许多问题需要进一步完善和改进. 本文通过调研智能程序合成技术使用的评价标准以及分析当前主流智能程序合成技术的评价方法, 分析并完善了智能程序合成技术的评价指标, 并结合航天嵌入式软件的特点, 构建了航天嵌入式软件智能合成的层级式评价指标体系, 设计了以动态和静态相结合为主的面向航天控制软件智能合成技术的综合评价方法. 通过实验验证了其中动静结合评价方法的有效性, 其能够获得与人类评分更高的皮尔逊相关系数.

空间引力波探测无拖曳卫星有限频域抗扰控制器设计

徐乾蛟, 崔冰, 王鹏程, 夏元清, 张永合

, doi: 10.11728/cjss2024.05.2024-0022

摘要(580) HTML全文(155) PDF 5881KB(60)

摘要:
在空间引力波探测任务中, 有限测量频域约束以及高精度控制指标使双参考质量无拖曳卫星控制器设计面临诸多技术难题. 基于此, 本文提出了一种基于广义Kalman-Yakubovich-Popov(GKYP)引理的有限频域抗扰控制器设计方法. 针对探测任务中指定频段内的性能约束, 结合灵敏度和补灵敏度控制指标, 在指定频段下构建了具有频率响应函数形式的有限频域控制性能指标. 提出了具有固定阶数特性的输出反馈控制结构, 并基于GKYP引理建立了控制器参数选取方法, 构建了有限频域抗扰控制器设计方法. 不同于现有的无拖曳控制器设计方法, 该设计方法可以有效降低控制指标的保守性, 同时在指定频段下实现了控制器的精确设计, 从而降低控制器阶数. 数值仿真表明, 本文所提方法在复杂扰动和噪声影响下可以满足无拖曳系统各回路控制性能指标.

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