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基于贝叶斯证据的全球地磁场模型主磁场阶数分析
马森, 马嘉卉, 佟继周, 李云龙
, doi: 10.11728/cjss2023.03.2022-0009
摘要:
全球主磁场模型描述了主磁场的时空分布特征。模型的主磁场阶数是构建主磁场模型的关键问题之一。使用贝叶斯推理分析全球主磁场模型,依据贝叶斯证据比较模型阶数,为主磁场的阶数分析提供一种统计依据。利用Swarm卫星磁测数据,估计不同阶数的主磁场模型的证据。结果表明,在1~20的模型阶数中,阶数N = 12具有全局最佳证据。参照Jefrrey’s scale的阈值区间,数据对阶数N = 12的偏好显著优于其他阶数。实验表明,主磁场阶数的证据推理可用于研究主磁场贡献,结果与14阶球谐函数的功率谱分析相匹配。
基于紫外极光图像的极光电集流指数模型
肖晖, 田馨沁
, doi: 10.11728/cjss2023.03.2022-0033
摘要:
极光电集流指数AE是描述地磁亚暴强弱的重要指标,且与极区磁层扰动及极光粒子沉降过程密切相关。因此,建立更加准确的极光电集流指数模型对空间天气的研究具有重要意义。利用1997年POLAR卫星紫外极光图像数据探究了紫外极光图像中极光强度IAP的空间分布与AE指数在不同季节的相关性,并在此基础上提出了基于紫外极光图像的AE指数模型。以网格化方法提取极光强度空间分布特征,采用广义回归神经网络,通过相关系数法和方差选择法构建Cor-GRNN和Var-GRNN两种AE指数模型,并针对冬至月份、夏至月份、分点月份3个季节分别进行训练。研究结果表明,AE指数与IAP具有相似的半年变化趋势,其相关性在不同季节差异较大。相比于太阳风驱动下的AE指数神经网络预测模型,基于极光图像的AE指数模型在ERMSR2标准上均优于其他模型,其中归一化ERMS小于0.1,模型对于AE指数变化的可解释度提升了10%左右。
中国上空夜间电离层等离子体泡群演化过程的多设备观测
吴坤, 徐寄遥, 袁韦
, doi: 10.11728/cjss2023.03.2022-0030
摘要:
利用子午工程富克站(19.5°N,109.1°E)全天空气辉成像仪、VHF雷达、三亚站(18.4°N,109.6°E)数字测高仪及C/NOFS卫星观测数据,对2014年3月30日中国上空的等离子体泡进行了研究。结果表明,当天夜间观测到一个等离子体泡群,约由9个等离子体泡组成,发生在日落后,一直持续到午夜后。其自西向东运动,南北向最大尺度超过1200 km,东西向绵延超过1400 km,在演化中部分结构融合在一起。等离子体泡被气辉成像仪观测到的同时,数字测高仪及VHF雷达观测到了相应扩展F及羽毛状不规则结构。同时,C/NOFS卫星检测到相应电子密度耗散。这表明,该等离子体泡同时被地基光学观测、无线电探测及C/NOFS卫星观测到。研究结果给出了多仪器同时观测到的等离子体泡群演化过程,丰富了多仪器融合研究电离层不规则体的内容。
夜间135.6 nm气辉反演的电离层f0F2与测高仪观测比较研究
薛仕翔, 姜春华, 马征征, 徐彬, 丁广兴, 杨国斌, 张援农, 赵正予
, doi: 10.11728/cjss2023.03.2022-0018
摘要:
在夜间电离层,气辉135.6 nm谱线主要由F层的O+和电子的辐射复合过程以及O+和O的中性复合过程激发,该谱线强度和电离层峰值电子密度NmF2存在很强的相关性。利用夜气辉135.6 nm辐射强度与F2层峰值电子密度NmF2的平方成正比的物理模型,建立了在不同经纬度、地方时、季节和太阳活动下均适用的反演算法。通过DMSP卫星上搭载的紫外光谱成像仪(SSUSI)实际观测的135.6 nm气辉辐射强度来反演相应时空的电离层F2层临界频率f0F2,并将其与地基测高仪探测结果做了综合对比。结果表明,在太阳活动高年(2013年),相对误差小于等于20%的数据占比93.0%,平均相对误差约为7.08%;在太阳活动低年(2017年),相对误差小于等于20%的数据占比80.8%,平均相对误差约为12.64%。最后,对该算法在太阳活动高低年的反演精度差异进行了分析。
基于Bi-LSTM及贝叶斯似然比检验的GEO与LEO卫星组合频谱感知
杨凯, 胡圣波, 张欣
, doi: 10.11728/cjss2023.03.2022-0017
摘要:
目前的频谱感知算法以模型驱动为主,其感知性能过于依赖预定的统计模型,这使得其在信道环境复杂的卫星通信场景中的部署变得困难。对LEO卫星过境期间的信噪比波动情况进行分析,结果显示信噪比的波动达到14 dB。针对该复杂场景提出了一种基于双向长短期记忆网络及贝叶斯似然比检验联合的频谱感知算法。该算法不需要任何主信号的先验知识,可自动从主信号中学习隐藏特征并做出决策。基于Neyman-Pearson准则,在神经网络输出端设计了一种基于阈值的检测方案,可方便地控制恒定的虚警概率。仿真结果表明,所提算法在信噪比为–14 dB的情况下,仍能达到83%的检测性能,且始终优于卷积神经网络、多层感知机和基于模型驱动的能量检测算法。
中高层大气风场对地磁活动的响应特征
刘晋芳, 姜国英, 徐寄遥, 朱亚军
, doi: 10.11728/cjss2023.03.2022-0016
摘要:
统计研究漠河、北京、武汉流星雷达观测到的2012-2018年80~100 km的风场数据,比较在地磁平静期($ Kp\le 2 $)和地磁扰动期($ Kp\ge 4 $)的日平均风场数据,得到在地磁活动期风场的变化特征。研究结果表明,在地磁扰动时风场变化具有季节差异和纬度差异。地磁扰动期间,纬向风在较高纬度地区倾向于中间层西风增强,低热层东风增强,纬度较低地区倾向于东风增强。春季,地磁活动对纬向风的影响没有纬度差异,在夏冬季随着纬度的降低中间层东风增强明显。地磁活动对经向风的影响具有季节差异,对春冬季节的影响强于夏秋季节。研究表明,地磁活动对纬向风的影响可达9 m·s–1左右,对经向风的影响可达5 m·s–1左右。地磁活动对中性大气风场的影响可达80 km。
太阳极紫外光谱探测的历史与展望
白先勇, 田晖, 邓元勇, 陈亚杰, 侯振永, 杨子浩, 张志勇, 段帷, 李文显, 郭思璠
, doi: 10.11728/cjss2023.03.220125010
摘要:
围绕国际一流科学目标,发展顶级探测设备是中国太阳物理位列国际先进行列的立足点。70多年的空间太阳探测历程中,极紫外波段探测发挥了极其重要的作用,极紫外观测设备也几乎成为了太阳探测卫星的必备载荷之一。中国在极紫外探测,尤其是光谱探测方面的基础非常薄弱,导致相关科学研究几乎全部依赖国外数据,从而严重制约了中国太阳物理学科的发展。本文根据太阳极紫外探测的特点,系统分析了国外光谱探测的历史、现状以及未来发展趋势,并归纳了三类主要探测方式,即全日面积分光谱探测、低速光谱成像探测、快速光谱成像探测的当前水平,包括其技术方案及取得的部分科学成果。在此基础上,提出中国太阳极紫外光谱探测“三步走”的发展思路,并对每一步的科学目标、指标需求和侯选探测方案提出建议。同时,展望了在太阳极紫外成像探测方面开展创新性尝试的思路。
时变体数据传输函数设计及其在行星际数值模拟结果可视化中的应用
祝艳, 钟鼎坤
, doi: 10.11728/cjss2023.03.2022-0011
摘要:
为便于太阳风暴行星际传播数值模型结果可视化分析,提出一种针对时变模拟数据体绘制的传输函数设计算法(Transfer Function for Time-varying Volume data,TFTV)。该算法首先基于KNN(K-Nearest Neighbors,KNN)背景差分法提取运动区域;然后,利用频率调谐(Frequency Tuned,FT)显著性算法检测日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,CME),并设计颜色反映射算法查找CME与背景的分界阈值;最后,基于阈值自适应调整传输函数实现各时间步上运动区域中CME的快速三维可视化。实验结果表明,该算法能够适应静态及动态背景下CME的数值模型结果,相对于线性传输函数有效避免了视线方向的遮挡,直观自动地展示了相对动量的变化,示踪行星际空间中CME的演化过程,局部区域的提取降低了数据冗余,借助算法自动分析数据自适应调整传输函数避免了人工调整的低效性。
一种不规则小行星附近周期轨道全局搜索策略
张世栋, 李明涛
, doi: 10.11728/cjss2023.02.220106002
摘要:
研究不规则小行星附近的自然周期轨道,有助于更好地认识小行星附近的动力学特性。周期轨道的搜索过程需要频繁地进行轨道递推,其中绝大多数的计算时间消耗在不规则小行星附近的引力加速度计算中。为提高加速度计算效率,提出一种不规则小行星引力加速度快速估计方法;在此基础上,通过参数空间内随机化粗略搜索获得周期轨道的初值猜想;利用遗传算法在初值猜想附近区间进行精细搜索,找到周期轨道的初值。通过对不规则小行星433 Eros附近周期轨道的搜索,对其附近不同形状的周期轨道进行了分类,分析周期轨道在小行星附近的分布规律。
载人空间探索环境中固体材料可燃特性研究进展与态势
王双峰, 吴传嘉
, doi: 10.11728/cjss2023.02.2022-0049
摘要:
掌握固体材料在空间特定使用环境中的可燃特性,是保障载人航天器防火安全的重要前提,相关需求构成了微重力燃烧研究的主要推动力之一。近年来,固体材料燃烧及相应的载人航天器防火问题得到各航天大国的持续关注,新一轮研究热潮正在形成,研究工作表现出新的特点和发展态势。本文综述了约10年来微重力固体材料燃烧的研究进展和最新成果,对该研究方向的发展趋势进行分析,对未来研究提出建议,为后续进一步发展提供参考。
空间站高温材料科学实验系统真空室设计与分析
崔晓杰, 孙晋川, 康昌玺, 段福伟, 张富华, 马彦坤
, doi: 10.11728/cjss2023.02.220321031
摘要:
中国空间站高温材料科学实验系统能够在轨进行多种材料的微重力高温加热实验,其关键组件真空室是可实现密封的压力容器,为实验插件提供机械、真空、氮气、废气排放、供电、控制、冷却等接口,支持实验插件完成相关功能。本文依据承压范围、漏率等设计技术指标进行真空室的结构设计和力学分析。真空室采用分段式结构,由方形真空室、密封门、圆形真空室、安装支架等组件依次连接组成,连接结构处使用密封圈。通过真空室的承压分析、模态分析、随机响应分析和力学试验,校核了真空室的强度、刚度及随机振动响应特性,验证了真空室设计的安全性和可靠性,其能够满足发射及在轨工作要求。
风云三号E星中能质子探测器标定
郝梦坛, 张珅毅, 侯东辉, 沈国红, 张焕新, 苏波, 白超平, 孙莹, 周平, 冀文涛
, doi: 10.11728/cjss2023.02.220329033
摘要:
风云三号E星搭载的中能质子探测器实现了风云三号系列卫星首次对辐射带中能质子进行多方向的测量。中能质子探测器实现了对九个方向的测量能量范围为0.03~5 MeV的中能质子能谱的测量。为确定中能质子探测器的实际性能,在仪器交付前,利用中国科学院国家空间科学中心的中高能电子加速器,对中能质子探测器的能量分辨率,相对响应效率曲线、不同方向探头测量一致性以及抗电子污染能力进行了标定。文中介绍了仪器的标定场所、标定内容,并对标定的结果做了分析。其结果显示,仪器的能量分辨率为6.50%@310 keV,各测量一致性偏差优于1.51%,电子在仪器内产生污染计数的概率低于1%。该结果为中能质子探测器在轨运行时数据的分析处理提供了重要的参考依据。