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北斗卫星轨道中长期预报新方法及精度分析
黄进, 陈艳玲, 李亮, 周善石, 黄勇, 胡小工
, doi: 10.11728/cjss2026.01.2025-0020
摘要:
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及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日内预报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均值分别约为180, 650, 1400 m, 轨道URE RMS的均值分别为18.79, 61.43, 124.00 m; 与精密星历轨道的倾角误差$\Delta i $的RMS均值分别为6.07, 9.76, 12.38 mas, 与精密星历轨道的升交点赤经误差$\Delta \varOmega $ RMS均值分别为6.47, 11.24, 14.88 mas; IGSO卫星预报轨道三维位置误差第30天、60天、90天RMS均值分别约为260, 1000, 2200 m, iΩ预报误差与MEO卫星相当. 因此, 可以得出结论, 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iΩ具有较高的精度.
基于IHHO-LSSVM的区域GNSS高程异常拟合方法
何广焕, 李江, 任超, 唐诗华, 慎昀, 刘银涛, 张炎
, doi: 10.11728/cjss2026.01.2024-0180
摘要:
针对当前复杂区域难以获取较高精度的高程异常值问题, 提出一种基于IHHO-LSSVM的高程异常拟合方法. 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; 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; 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0.010 1 m, 喀斯特面状区域达到0.0125 m, 可为GNSS高程异常拟合模型的建立提供一定的参考价值.
2020-2025年北斗三号广播星历及电离层模型性能研究
郝鑫宇, 何倩倩, 颜博, 刘蕾
, doi: 10.11728/cjss2026.01.2025-0101
摘要:
北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)于2020年7月31日正式开通, 其空间段服务能力是决定系统整体性能表现的重要因素. 本文对广播轨道、广播钟差、空间信号测距误差、广播电离层精度的评估计算方法进行了分析, 分别以GFZ(German Research Centre for Geosciences)和iGMAS (international GNSS Monitoring and Assessment System)的最终产品为参考基准, 对系统从2020年正式开通至2025年的变化情况进行了评估分析. 研究表明, BDS-3广播轨道精度呈现明显的卫星类型相关性, MEO卫星高于IGSO卫星, 与GFZ产品和iGMAS产品相比, 径向、切向、法向 95% 的 RMS值均得到不同程度地改善; 广播钟差误差与SISRE(Signal-In-Space Range Error)95%的 RMS值则提升了分米级的精度, 电离层模型误差方面, 在评估周期内, Klobuchar模型的VTEC值分布范围相对较广, 低VTEC区间BDGIM模型的频次分布更为集中; 与CODE和iGMAS电离层产品相比, 在太阳活动极小期的2020年BDGIM(Beidou Global Lonospheric Delay Correction Model) 模型VTEC平均RMS值优于Klobuchar模型, 而在太阳活动极大期的2025年两模型的VTEC平均RMS值均呈上升的趋势, 且BDGIM模型的稳定性更强.
2024年太阳莱曼阿尔法耀斑事件标准数据集
卢磊, 封莉, 黎辉
, doi: 10.11728/cjss2026.01.2025-0079
摘要:
太阳耀斑是太阳大气中最强烈的爆发现象, 能够释放大量能量并产生各种波长的电磁辐射. 研究太阳耀斑对于理解太阳活动、空间天气预报以及保护地球空间环境至关重要. 本数据集基于夸父一号(ASO-S)卫星搭载的全日面成像仪(Solar Disk Imager, SDI)在莱曼阿尔法波段(121.6±7.5 nm)采集的全日面图像数据, 通过一套自主研发的太阳耀斑自动识别与关键参数提取算法, 系统记录了2024年太阳莱曼阿尔法耀斑事件. 该算法可有效避免宇宙线、粒子暴等事件的干扰, 能够对不同强度级别的耀斑进行识别, 并能对日面上同时发生的多个耀斑进行分别识别与追踪. 本数据集收录了耀斑的起止时间、持续时间、发生位置、显著性等关键参数, 包含耀斑识别过程记录文档、耀斑事件列表、耀斑峰值时刻快视图像和耀斑区域电影动画等数据. 该数据集可为太阳物理学研究、空间天气预报以及相关领域提供重要的科学数据支持.
2015年3月磁暴期间海南地区等离子体泡的观测分析
林郁莎, 李琛, 史梦夕, 纪新林
, doi: 10.11728/cjss2026.01.2025-0004
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到明显抑制, 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, 导致瑞利–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.
基于气辉观测的中国南方电离层赤道等离子体泡标准数据集
钟佳, 邹自明, 徐寄遥, 吴坤, 孙龙昌, 袁韦, 胡晓彦
, doi: 10.11728/cjss2026.01.2025-0097
摘要:
气辉成像观测凭借其高时空分辨率及大范围连续监测能力, 为研究电离层赤道等离子体泡的水平精细结构及其演化特征提供了重要手段. 然而, 当前缺乏高质量、专业标注的等离子体泡数据集, 严重制约了监督式人工智能算法在该领域的应用研究. 为此, 研究构建了首个基于气辉观测的电离层等离子体泡标准数据集, 包含等离子体泡事件数据与精确轮廓标注数据. 该数据集源自云南曲靖站630 nm波段气辉成像仪历时一个完整太阳活动周(2012-2022年)的连续观测, 所有原始数据均经过图像增强、方位校正、几何畸变校正及地理坐标投影等标准化预处理, 并由专家团队完成等离子体泡事件识别及轮廓标注. 该数据集的时间分辨率高达3 min, 系统收录了不同太阳活动强度下的等离子体泡事件样本, 涵盖I型与Y型等多种典型形态. 本数据集为开发高精度监督式人工智能算法提供了高质量基准数据, 有助于促进基于气辉成像的电离层等离子体泡自动化检测与形态演化研究.
星载多普勒散射计地面回波的多普勒谱分析
陈少涵, 董晓龙, 朱迪, 张敬钰
, doi: 10.11728/cjss2025.06.2024-0182
摘要:
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. 建立地面散射回波仿真模型, 对潜在可用于多普勒散射计外定标的自然地面扩展目标的多普勒谱特性进行仿真分析, 比较其在不同平台的运动速度、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对多普勒谱特性有明显影响. 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. 研究结论将为多普勒散射计定标的后续研究提供支持.
空中拖曳锥杆式对接电磁锁紧装置设计
赵俊杰, 蒋永, 吴福章
, doi: 10.11728/cjss2025.06.2024-0196
摘要:
空中拖曳系统是由拖曳飞行器平台、绳缆和拖曳体组成, 可以执行物资运输、载荷回收等任务, 显著拓展了空中作业空间范围. 拖曳体和拖曳飞行器平台连接过程中, 受拖曳飞行器平台尾流场以及柔性绳缆受气流因素干扰, 致使拖曳体连接过程存在困难, 需要对对接方式进行详细研究. 以空中拖曳锥杆式对接方式为研究对象, 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. 采用电容供电情形下, 在电容0.5 F以上时, 2 mm×15 mm线规条件下电磁力最大可以达到1000 N以上. 所设计的拖曳锥杆式对接电磁锁紧装置, 为空中对接装置设计提供了新思路.
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:
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.