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网络预出版栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
基于最优估计法的瑞利激光雷达反演大气温度研究
王煜, 张献中, 吴同, 张益健, 孙悦, 李世杰, 李欣岐, 钟凯, 闫召爱, 徐德刚, 姚建铨
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0035
摘要(4) [PDF 1846KB](1)
摘要:
本研究基于瑞利散射激光雷达对中层大气的回波光子信号,应用最优估计法,对大气温度廓线进行了反演。利用瑞利散射激光雷达方程构建正向模型,根据光电探测器的泊松计数特性来确定测量信号的协方差矩阵,选定大气模型的温度廓线作为先验状态信息,在此基础上确定成本函数,最后利用Levenberg-Marquardt最优化算法对成本函数执行最优化处理。利用平均核矩阵来评估真实信息对反演结果的贡献占比,并对反演结果的不确定度进行了计算。结果证明,正向模型可以正确地描述瑞利散射激光雷达探测大气的真实物理过程。在回波光子信号信噪比高的区域,真实信息对反演结果占主要贡献,且垂直分辨率小。在90km以下的高度范围内反演温度的不确定度在0~10K之间。
BDSBAS性能评估分析
刘瑞华, 耿海潮, 刘亮
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0039
摘要(3) [PDF 1402KB](0)
摘要:
星基增强是支持民航航路运行和终端区运行的重要手段,为验证北斗星基增强系统(BeiDou Satellite-Based Augmentation System,BDSBAS)是否符合国际民用航空组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)空间信号性能要求,对其进行评估分析。本文以实际广播星历、精密星历和BDSBAS增强报文为实验数据,通过计算BDSBAS轨道误差、卫星钟差、空间信号测距误差(Signal in Space Range Error,SISRE)和BDSBAS格网电离层有效点、播发时间和电离层延迟误差6个指标,评估分析了BDSBAS的性能。结果显示:BDSBAS增强后的GPS卫星轨道误差、卫星钟差和空间信号测距误差相比增强前均有改善;BDSBAS格网电离层有效点覆盖了中国及周边地区;电离层延迟播发间隔达到ICAO对精确差分定位的要求;电离层延迟在0°到15°N范围内误差较大,可信度较差,在20°N-55°N范围内误差较小,可信度较好。
基于宇航级FPGA的YOLOv5s网络模型硬件加速
蒋康宁, 周海, 卞春江, 汪伶
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0044
摘要(3) [PDF 675KB](0)
摘要:
随着我国遥感工程技术的高速发展,遥感图像数据的获取量剧增,图像背景的复杂度也日益提高,然而传统的遥感图像目标检测算法精确度低下且泛化能力较弱,对遥感图像处理的精确性逐渐难以满足要求,针对这一难题提出了一种基于宇航级FPGA的用于卷积神经网络前向推断加速的处理架构,并选用YOLOv5s网络模型作为基准算法进行处理架构的设计。由于YOLOv5s主体上是由大量的卷积层构成,因此该加速器架构设计的重心位于卷积层,在架构的设计上采用了输入通道和输出通道并行展开以及数据流水线控制的优化策略,有效提高了推理阶段的实时处理性能。实验结果表明,在使用该处理架构加速YOLOv5s的推理阶段时,卷积模块的工作频率可以达到200MHz,其运算性能高达394.4GOP/s,FPGA的功耗为14.662W, DSP计算矩阵的平均计算效率高达96.29%,说明在资源和功耗受限的星上平台中使用FPGA对卷积神经网络进行硬件加速具有显著的优势。
基于迁移学习的太空台风自动识别
夏凯, 邢赞扬, 张清和, 王艳玲, 杨秋菊, 陆盛, 刘振平
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0031
摘要(11) [PDF 1461KB](3)
摘要:
太空台风是极盖区内的一种亮斑状极光结构,直观表征了地磁平静期的一种堪比磁暴的太阳风能量注入现象,因此如何从海量星载极光数据中准确髙效识别出太空台风事件具有重要的科学意义。本文基于EfficientNetB2和迁移学习提出了一种太空台风自动识别模型,在2005-2021年DMSP/SSUSI观测数据中验证了该模型的有效性,识别准确率达到97.8%。研究结果表明,该方法可用于从海量星载极光观测数据中自动识别太空台风事件。
ASO-S卫星HXI调制定标装置设计与验证
陈灯意, 张哲, 胡一鸣, 江贤恺
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0013
摘要(29) [PDF 1486KB](48)
摘要:
先进天基太阳天文台卫星(简称ASO-S)是中国首颗综合性太阳观测任务,计划于2022年秋季发射。太阳硬X射线成像仪(简称HXI)是ASO-S卫星三大载荷之一,主要负责太阳耀斑观测。HXI采用阵列空间调制间接成像方法,共计包含91个子准直器探测单元。作为空间科学仪器,在地面完成定标是必要的,HXI地面定标包含准直器调制功能定标与量能器探测单元定标,难点在于准直器的定标。本文重点介绍了HXI研制过程中为准直器地面定标所研制的X射线束流调制定标装置;随后利用该装置对HXI所有子准直器完成地面调制功能定标。标定试验结果与预期相符,充分证明了准直器的优良性能,为其在轨正常工作和后期科学数据处理提供调制参数参考,试验结果也确证了X射线束流定标装置的优良性能。
不同气氛热冲击下Al:WS2薄膜摩擦学性能的响应机理
刘建, 剡珍, 郝俊英, 刘维民
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0037
摘要(19) [PDF 1134KB](5)
摘要:
采用磁控溅射技术制备了Al: WS2薄膜。为考察不同气氛热冲击下Al: WS2薄膜摩擦学性能的响应机理,采用自行研制的温度交变真空摩擦试验机开展了真空、氮气及氧气气氛的-100~+250℃的热冲击试验,并对热冲击后Al: WS2薄膜结构、成分以及摩擦学性能进行了研究。研究发现,热冲击后,Al: WS2薄膜柱状晶长大, S含量减少,部分WS2被氧化为WO3,薄膜硬度增加。经真空和氧气热冲击,Al: WS2薄膜摩擦学性能变差。然而,经氮气热冲击后,在Al: WS2薄膜表面出现WO3,并掺入晶体结构,导致层间尺寸的增大,使得摩擦系数降低,由于表面生成的一层WO3的阻碍作用,薄膜寿命延长,因此,氮气热冲击使Al: WS2薄膜摩擦学性能得以提升。
2014年3月30日我国上空夜间电离层等离子体泡群的演化过程多设备观测研究
吴坤, 徐寄遥, 袁韡
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0030
摘要(31) [PDF 2091KB](9)
摘要:
利用子午工程海南富克观测站(19.5°N, 109.1°E)全天空气辉成像仪630 nm波段的气辉图像、VHF雷达的观测数据、三亚观测站(18.4°N, 109.6°E)数字测高仪以及C/NOFS卫星的观测数据,对2014年03月30-31日出现在我国上空的电离层等离子体泡事件进行了研究分析。详细分析了该事件中电离层等离子体泡的形态结构特征以及演化过程,研究结果表明,当天夜间观测到一个电离层等离子体泡群,大约有9个电离层等离子体泡组成。这些电离层等离子体泡发生在日落后,且一直持续到午夜之后,持续时间大约为8小时(~20: 15 LT - ~ 04: 15 LT)。这些电离层等离子体泡在演化过程中自西向东运动,其南北向最大尺度超过了1200 km,等离子体泡群东西向绵延超过2900 km。此外发现电离层等离子体泡(b5和b6)在演化过程中,两个电离层等离子体泡部分结构相融在了一起。在电离层等离子体泡被全天空气辉成像仪观测到的同时,数字测高仪及VHF雷达也分别观测到相应的扩展F及羽毛状电离层不规则结构。同时,C/NOFS卫星也检测到明显的电子密度耗散区域。该电离层等离子体泡事件被地基光学观测(全天空气辉成像仪)、无线电探测(数据测高仪和VHF雷达)及C/NOFS卫星同时观测到。
祝融号火星车科学探测模式设计与验证
王连国, 朱岩, 张宝明, 沈卫华, 李雪, 薛彬, 李玉喜, 徐卫明, 孙树全, 蔡治国, 王蔚
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0022
摘要(29) [PDF 1315KB](8)
摘要:
受通信能力低、能源不足等限制,火星车有效载荷科学探测需提高探测效率,以有限资源获取尽可能多的有效探测数据。根据火星车行驶时载荷探测和火星车停止时定点就位载荷探测两个主要工况,针对性设计了高效载荷探测模式。该探测模式与基于工作模式表的自主探测控制方式相结合,解决了资源受限情况下的多载荷协同探测难题。火星车有效载荷系统圆满完成了预期探测任务,设计的科学探测模式全部经过了在轨验证。结果表明这些模式设计合理、有效,满足安全、自主、高效地开展科学探测的需求。
An Improved HVQ Algorithm for Compression and Rendering of Space Environment Volume Data with Multi-variables
包黎莉, 蔡燕霞, 王睿, 邹业楠, 师立勤
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0020
摘要(38) [PDF 620KB](1)
摘要:
Space environment simulation can produce several correlated variables at the same time. For space environment volume data with multi-correlated variables, based on HVQ-1d method we propose a further improved HVQ method by compositing variable-specific levels to reduce the redundant information among these variables. We further take advantage of progressive rendering based on GPU for real-time interactive visualization. The results of our experiments prove that the method proposed in this paper can pays the least cost of quality at compression and provides satisficed fidelity while ensuring interactive rendering speed in space environment domain. The proposed method can also be applied in other domains.
基于X射线掩星探测反演行星大气密度的方法和现状
余道淳, 李海涛, 李保权, 刘亚宁
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0027
摘要(32) [PDF 583KB](12)
摘要:
X射线掩星是一种常见的天文现象,基于X射线掩星探测的大气密度反演新技术通过处理高能X射线天体辐射源的掩星观测数据实现大气密度的反演,是一种涉及学科交叉的新方法。本文在简要介绍X射线掩星探测应用需求的基础上,重点对基于X射线掩星反演大气密度新技术进行分析和论证,主要介绍了X射线掩星探测反演大气密度的国内外研究进展和研究方法,并对基于X射线掩星反演大气密度的优点进行分析和讨论,最后对X射线掩星探测的应用场景进行展望。
火星探测器行星际转移段定轨分析
段建锋, 张宇, 孔静, 陈明, 李翠兰
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0008
摘要(27) [PDF 771KB](7)
摘要:
天问一号是我国第一次实现地火转移行星际飞行的探测器,在长达6.5个月的行星际转移飞行期间,经历了4次中途修正及1次深空机动控制。本文对深空探测期间的动力学模型进行了分析,制定了转移飞行期间积分中心转换原则,需要在出地球影响球后,积分中心更换为日心;对行星星历表的使用进行了分析,确定了使用DE436历表进行计算对定轨影响最小,制定了一种基于逐日迭代定轨策略的精度评估方法。基于实测数据分析表明,火星探测器行星际转移段定轨位置误差优于2km,速度误差优于20mm/s(1σ)。
基于佳木斯雷达与北海道东雷达观测的F层不规则体回波发生率研究
王玮, 张佼佼, 王赤, 阎敬业, 蓝爱兰, 邓翔
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0028
摘要(41) [PDF 1071KB](15)
摘要:
 本文利用佳木斯和北海道东高频相干散射雷达的观测数据,统计研究了在2018年3月至2019年11月期间两雷达观测到的F层高度的不规则体回波信号发生率的分布特征,并进行了对比分析。研究比较了在地磁平静期(Kp<3)和地磁扰动期(Kp>3)的不规则体回波发生率变化特征,分析了回波发生率在昏侧与晨侧增强的现象和纬度变化特征。昏侧回波发生率增强现象在45º-64º MLAT范围内普遍存在,其中55º-64º MLAT的回波发生率在地磁扰动期明显增强。而晨侧回波发生率增强现象主要分布在45º-54º MLAT的地区,除了秋季外,地磁扰动的增强对其影响较弱。中纬日侧回波发生率受地磁活动影响较小。
基于贝叶斯证据的全球地磁场模型主磁场阶数分析研究
马森, 马嘉卉, 佟继周, 李云龙
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0009
摘要(36) [PDF 604KB](53)
摘要:
本文使用贝叶斯推理对全球主磁场模型进行比较,依据贝叶斯证据比较数据偏好的模型阶数,为主磁场的阶数选择提供一种统计依据。利用Swarm卫星磁测数据,估计不同阶数主磁场模型的证据,结果表明在0-20的主磁场阶数中,阶数N=12具有全局最佳证据,参照Jefrrey’s scale给出的阈值区间,数据对阶数N=12的偏好显著的优于其它阶数,并且该结果与14阶球谐函数的功率谱分析相匹配。
超低轨道飞行器的技术难点及研究进展
黄劲
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0010
摘要(69) [PDF 1570KB](16)
摘要:
超低轨道飞行器在军用、遥感、科学研究等领域有着广泛的应用需求,已经成为各国的热门研究领域。由于超低轨的特殊空间环境,从而需要面临和解决众多技术难点,主要集中在大气环境预测、气动力、气动热等方面。本文介绍了典型的超低轨飞行器任务,主要的大气模型及反演方法,超低轨飞行器气动设计及在气动干扰下的稳定控制方法,气动防热材料及防热散热可变切换技术。本综述有助于推动超低轨道卫星关键技术攻关和试验论证,将超低轨飞行器从试验任务尽快转向空间应用任务。
夜间135.6nm气辉反演的电离层foF2与测高仪观测的比较研究
薛仕翔, 姜春华, 马征征, 徐彬, 丁广兴, 杨国斌, 张援农, 赵正予
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0018
摘要(36) [PDF 857KB](52)
摘要:
在夜间电离层,气辉135.6nm谱线主要由F层的和电子的辐射复合过程以及和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。本文利用夜气辉135.6nm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135.6nm气辉辐射强度来反演相应时空的电离层F2层临界频率foF2,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92.99%,平均相对误差约为7.18%;在太阳活动低年(2017年),相对误差小于等于20%的数据占比80.76%,平均相对误差约为13.02%。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联合的认知卫星通信频谱感知算法
杨凯, 胡圣波, 张欣
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0017
摘要(79) [PDF 826KB](71)
摘要:
随着LEO巨型卫星星座投入运营,可用的频谱资源变得更加稀缺,为了改善频谱利用率,GEO中继卫星和LEO卫星组成的认知卫星通信技术成为了解决该问题的首选。认知卫星通信场景中,最为关键一步则是用于快速判断主用户是否存在的频谱感知技术。然而,当前的频谱感知算法以模型驱动为主,但模型驱动算法的感知性能过于依赖预先假设的统计模型,这使得其在多变的卫星通信场景的部署变得困难。本文首先对LEO卫星过境期间的信噪比波动情况进行了分析,其次针对此多变的信道环境提出了一个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PU信号的先验知识,可自动从PU信号数据中学习特征信息并做出决策。仿真结果表明,所提算法在信噪比为-14dB的情况下,依旧能达到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。
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的应用
祝艳, 钟鼎坤
当前状态:  doi: 10.11728/cjss2022-0011
摘要(48) [PDF 1054KB](53)
摘要:
了解太阳风暴行星际传播过程是空间环境预报和服务的基础,数值模型结果可视化是分析传播动力学过程及验证模型有效性的重要方法。为便于模型结果可视化分析,本文提出一种针对时变数据体绘制的传输函数设计算法(Time-varying Volume data Transfer Function,TVTF)。该算法基于KNN(K-Nearest Neighbors,KNN)背景差分法提取运动区域的图像及三维子集,然后利用频率调谐(Frequency Tuned,FT)显著性算法在运动区域图像中检测日冕物质抛射(Coronal mass ejection,CME),并根据CME检测结果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,相对于常用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过程避免了人工调整的低效性。
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
当前状态:  doi: 10.117282022-0016
摘要(54) [PDF 1213KB](22)
摘要:

本文利用漠河站、北京站、武汉站流星雷达观测到的中间层—低热层大气风场数据,分析研究了在2012-2018年地磁活动期间80-100公里高度大气的纬向风与经向风对地磁活动的响应特征。统计研究2012-2018年的风场数据,比较了在地磁平静期(Kp ≤ 2)和地磁扰动期(Kp ≥ 4)的日平均纬向风与经向风数据,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,并且在不同的纬度表现不同。对于纬向风,地磁活动在较高纬度地区更倾向于表现为中间层西风增强,低热层东风增强,其对纬向风的影响大约在3 m/s的量级,而对于纬度较低地区,在80-100 公里大气区域倾向于表现为东风增强,影响约在5 m/s量级左右。在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,在冬季,对中低纬地区经向风的影响强于高纬地区。从计算结果来看对纬向风影响约在5 m/s到10 m/s量级,对经向风的影响大约在3 m/s到5 m/s的量级。地磁活动对中性大气风场的影响可以达到80公里,在这一高度,地磁活动对纬向风的影响在春季最强,达到8 m/s,对经向风的影响在春冬季节最强,达到5 m/s。

一种FPGA实现的序列图像目标多维特征实时提取方法
冯水春, 孟新
当前状态:  doi: 10.117282022-0014
摘要(57) [PDF 1359KB](57)
摘要:

目标区域多维特征的建模表征是实现目标跟踪搜索的前提。传统的特征提取先连通出目标区域,再计算目标特征,实时性不强。提出了一种基于像素连通域标记及目标特征同步计算的方法,目标区域连通完成即可输出目标特征。该方法建立了特征传递机制,在扫描图像时同步建立标号表、标号映射表与特征属性表,利用标号映射表关联了标号表与特征属性表。区域邻接时进行标号合并和特征属性同步传递计算,保证了目标特征提取的实时性。给出一种基于FPGA硬件设计的实现方案。仿真测试结果显示,此方法具有几项突出的特点:连通域标记耗时接近理论最小值;利用循环缓存区存储图像,资源消耗小;标记与计算并行流水处理,提升检测跟踪效率;多目标特征经测试验证结果准确,可有效支持后续的目标跟踪检测;具有理论与实用价值。

优先出版栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在编校过程,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
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空间物理
微重力与材料科学
空间探测技术

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