HXMT的空间环境本底计算

硬X射线调制望远镜(HXMT)是一颗宽波段X射线(1～250 keV)天文卫星,其核心载荷高能X射线望远镜(HE)工作于硬X射线能区(20～250 keV),致力于实现硬X射线的高灵敏度巡天观测,描绘硬X射线天图,并对特殊天体作高灵敏度定点观测.为了获得高灵敏度,必须有效地抑制本底.本底主要是由轨道环境中的粒子(γ射线、质子、电子、中子)与探测器相互作用产生的.本文结合大量的描述近地空间本底的文献和最新的实测数据,整理出一套自洽的近地空间本底粒子的数据和公式,便于应用.并通过Geant 4软件模拟计算给出了HXMT的本底及本底随时间和轨道的变化.      

大气中子感生的γ射线本底

大气中子同探测器物质相互作用产生的γ射线,往往成为一些X、γ射线探测器本底计数的重要组成部分。如何减少这部分本底的强度以增加探测器的观测灵敏度,是空间天文实测工作中一个重要课题。本文介绍一个附有中子屏蔽物质的小型背附探测器系统及其在气球上的飞行观测结果。结果表明,3cm厚的纯石蜡屏蔽层不仅不能减少本底,而且可能有相反的效果。      

X射线脉冲星导航在行星际轨道上的应用

X射线脉冲星导航技术被认为是新一代导航技术,非常适合于行星际探测.深入分析了利用搜索空间方法求解飞行器真实位置和估计位置相位差的脉冲整周期模糊数,解决了相位导航方法存在的周期模糊数问题.利用轨道动力学模型估计飞行器的位置,并以真实位置和估计位置上的脉冲相位之差作为反馈进行偏差校正.仿真表明,X射线脉冲星导航方法在行星际轨道上是可行和高效的.     

在CAD系统上探索空间飞行器三维动画的实现途径

说明了在CAD系统上实现三维模型动画的可行性,接着论述了三维物体的运动控制方法及在CAD 系统上实现的技术途径。给出了在微机Auto CAD上利用关键帧技术和运动算法控制模拟空间飞行器运动的一些实例,同时也介绍了在Euclid-IS CAD 系统上二次开发运动模拟功能的探索。     

飞行器数字稳定系统模拟仿真研究

本文阐述使用混合模拟计算机对某飞行器数控稳定系统所进行的模拟仿真研究。对模型的建立、品质函数的制定、变系数的产生、离散化方法、优化计算等都作了介绍。文中给出部分试验数据,说明本文所研究的若干方法的有效性及模拟仿真在飞行器数控系统设计中的重要作用。     

高温燃气风洞加热特性仿真分析

提出了利用亚音速高温燃气流进行近空间高超飞行器热环境地面模拟的试验方案,在试验装置试验段,通过高温高速的燃气流引射低速的冷气流,达到仅使飞行器头锥驻点附近区域产生局部高温而其余头锥蒙皮表面低温的目的.对某型高超音速飞行器的头锥利用高温燃气进行加热并利用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法对13种模拟工况进行了数值仿真分析.将数值模拟计算结果与飞行器在高超音速飞行状态下对应机体部位气动热的理论计算值进行了对比,证实了亚声速高温燃气热环境模拟方法的可行性,为高温燃气地面模拟设备技术方案论证提供了依据.      

法国、苏联联合研制天文观测平台

1984年2月,法国与苏联完成了联合设计 x 射线和γ射线观测装置的任务,该装置拟定安装在苏联改进的金星飞行器上,以进行天文观测飞行。法国负责提供γ射线望远镜,苏联负责研制 x 射线探测装置。     

一种变体飞行器的动力学建模与动态特性分析

对可变展长、可变后掠角的变体飞行器物理模型进行了简化,基于Kane方法,将变体运动假设为已知的可控输入,利用约束方程来表示机翼的变形运动,选取飞行器位移运动速度以及角速度在机体坐标系下的6个分量作为广义速率,建立了该变体飞行器的六自由度动力学模型.定义了附加力与附加力矩的概念用于描述变体运动对飞行器产生的动力学影响,仿真结果表明,在平稳飞行条件下,相对于变形引起的空气动力的变化,机翼变形产生的附加力和附加力矩都较小.在不同的变形速度下,对变体引起的飞行器纵向运动响应进行了仿真分析,仿真结果表明,变体过程中飞行器的高度、速度以及俯仰角等状态均会发生很大变化.      

空间中子辐射及其测量技术

空间辐射环境包含大量高能带电粒子,其与航天器的结构材料相互作用会产生次级中子辐射,由于这些中子的平均品质因子是带电粒子的约4~5倍,因而对生物组织的剂量当量相对贡献更大。由于中子与物质的作用机制更为复杂,测量难度大,使得准确测量空间中子注量及其剂量当量贡献成为空间辐射剂量学中最具挑战性的工作之一。主要介绍了空间中子辐射的产生机制以及国外相关测量方法及其相关校准技术的研究状况。     

基于Allan方差法的光纤陀螺建模与仿真

介绍了一种与实际情况相接近的陀螺模型,并给出了根据光纤陀螺的角度随机游走（ARW）和角速率随机游走（RRW）系数模拟产生陀螺随机误差数据的方法．角度随机游走和角速率随机游走系数可通过Allan方差法获得．理论分析表明,模拟产生的陀螺随机误差具有与实际的角度随机游走和角速率随机游走误差相一致的功率谱密度．通过仿真对文中所述的模拟产生陀螺随机误差的方法进行了验证,表明了方法的有效性．该方法可用于分析由陀螺和星敏感器构成的卫星姿态确定系统的性能．     

地磁场模型简化计算方法

为了实现地磁导航在近地轨道卫星上的应用,需要解决传统的高斯球谐函数递推法在计算地磁场强度时存在方法复杂、计算量大、实时性难以保证等问题.针对上述问题,提出一种用地球磁场估计函数代替球谐函数的地磁场强度计算方法.该方法利用伪地心下的磁偶极子模型代替主磁场模型,通过多项式拟合离线得到高度范围内固定经纬度网格点的伪中心距系数,进而利用插值法和偶极子模型得到任意点的地磁场强度.仿真结果表明,轨道高度为300～500km,经纬度网格间隔为0.5°时,地球磁场估计函数法的导航精度与地球主磁场模型WMM精度一致的同时,降低了计算负担,提高了算法计算效率.      

Geomagnetic cutoffs: a review for space dosimetry applications.

The earth's magnetic field acts as a shield against charged particle radiation from interplanetary space, technically described as the geomagnetic cutoff. The cutoff rigidity problem (except for the dipole special case) has "no solution in closed form". The dipole case yields the Stormer equation which has been repeatedly applied to the earth in hopes of providing useful approximations of cutoff rigidities. Unfortunately the earth's magnetic field has significant deviations from dipole geometry, and the Stormer cutoffs are not adequate for most applications. By application of massive digital computer power it is possible to determine realistic geomagnetic cutoffs derived from high order simulation of the geomagnetic field. Using this technique, "world-grids" of directional cutoffs for the earth's surface and for a limited number of satellite altitudes have been derived. However, this approach is so expensive and time consuming it is impractical for most spacecraft orbits, and approximations must be used. The world grids of cutoff rigidities are extensively used as lookup tables, normalization points and interpolation aids to estimate the effective geomagnetic cutoff rigidity of a specific location in space. We review the various options for estimating the cutoff rigidity for earth-orbiting satellites.     

星间链路联合磁测约束的低轨星座自主导航

为解决星座仅依靠星间链路测量进行自主导航时的整体旋转和漂移问题,提出一种星间链路联合磁测约束的低轨星座自主导航方法.通过星间观测相机和磁强计,获得同轨道相邻卫星视线矢量与地磁场方向之间的角距和地磁场模值,为低轨星座引入空间基准信息.在非秩亏性分析的基础上,分别建立状态方程和量测方程,利用扩展卡尔曼滤波方法进行整星座的最优状态估计.仿真结果表明,星座卫星自主导航位置精度优于20m,速度精度优于0.05m·s-1,自主导航运行时间维持180天,能够满足低轨卫星星座自主导航的应用需求.      

Azimuthal propagation of Pc5 geomagnetic field pulsations in the southern polar cap

A statistical analysis of low frequency geomagnetic fluctuations at the two Antarctic stations Mario Zucchelli Station (geographic coordinates: 74.7°S, 164.1°E; corrected geomagnetic coordinates: 80.0°S, 306.8°E) and Dumont D’Urville (geographic coordinates: 66.7°S, 140.0°E; corrected geomagnetic coordinates: 80.4°S, 236.0°E) is shown. The analysis focuses on power spectra, coherence and phase difference between the stations, which are both located in the polar cap, with a 5-h magnetic local time displacement along a geomagnetic parallel; in this situation, the phase difference between geomagnetic fluctuations indicates the direction of their azimuthal propagation. Coherent fluctuations have been found to occur preferably when both stations are on the same side (dawnward or duskward) with respect to the polar cusp; moreover, around local magnetic midnight, they occur essentially during open magnetospheric conditions. The phase difference for coherent fluctuations indicates a propagation direction away from local geomagnetic noon and midnight. Also the analysis of three individual pulsation events, occurring at different times during the day, is shown; they are characterized at the two stations by simultaneous, coherent fluctuations, whose phase difference finds correspondence with the statistical behaviour.     

Galileo卫星导航系统广播Nequick模型及其参数拟合

提出了基于IGRF模型的Galileo广播Nequick模型及其参数拟合算法, 解决了Galileo信号仿真中地理场景映射与地磁坐标下的电离层延时修正参数拟合问题. 应用IGRF模型, 可计算出任意给定位置和时间点的地磁参数以及E层、 F₁层、F₂层的电子密度, 从而计算出Galileo电离层修正参数. 仿真结果表明, 该算法拟合的全球电离层延时与IGS提供的实际观测值基本一致, 仿真精度高于一般的经验电离层模型, 实现了Galileo卫星信号的电离层延时修正参数的精确仿真.      

A numerical study of noontime bite-outs in F2-region electron density

Noontime bite-outs in ionospheric F₂-region electron density in the geomagnetic equatorial, low, and middle latitudes have been reproduced in this study using the Thermosphere Ionosphere Electrodynamic General Circulation Model (TIEGCM). The different driving mechanisms of F₂-region noontime bite-outs at different latitudes were further verified by modeling simulation. In the geomagnetic equator, the upward ExB plasma drifts are the main process to produce the noontime bite-outs in ionospheric electron density. In the geomagnetic low latitudes, both the electrical fields and poleward meridional winds play a crucial role in forming the noontime bite-outs. In contrast to the case at the geomagnetic equator, a weaker fountain effect might be an favorable condition for the noontime bite-outs to occur at low latitudes. For geomagnetic middle latitudes, an upward plasma flux and poleward meridional winds are the dominated drivers in producing the noontime bite-outs. Modeling results show that a large upward plasma flux and poleward meridional winds make the noontime bite-outs to occur and observable over middle latitudes.     

基于方向和距离的双因子定权的地磁数据通化方法

针对地磁数据通化处理中传统使用的直接平均法、反距离加权平均法和纬度差加权平均法在定权时存在的缺陷，并根据地磁场强度与纬度变化关系密切这一特点，提出了基于方向和距离的双因子定权方法，即在定权时不仅考虑了地磁台站之间的距离在权值中的贡献，而且在权值分配中加入了地磁台站在纬度和经度方向的影响，从而改进了通化结果的精度，为卫星、航空和海洋磁力测量数据提供更加准确的日变改正值。采用Intermagnet网站提供的地磁台站测量数据对所提定权方法的有效性进行了测试。实验结果表明:所提定权方法计算结果精度优于传统定权方法，为实施地面磁力测量存在困难地区的地磁数据日变改正提供了一种更优的定权方法，具有较好的应用前景。      

地磁场与电离层异常现象及其与地震的关系

利用中国地磁台网与电离层台站资料,总结了大地震前出现的地磁低点位移、地磁日变异常及电离层f0F2(F2层临界频率)异常现象.对比研究了1997年11月8日玛尼7.5级与2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震前磁场与电离层异常分布及特征.结果显示,两次巨大地震前磁场与电离层短临异常时空分布特征有较好的一致性,震中周围出现日变异常、拉萨台出现电离层f0F2明显异常;震前约1个月出现地磁低点位移,其突变分界线通过震中地区.      

基于半实物仿真的地磁导航等值线匹配算法评估

影响地磁导航匹配算法性能的因素很多,而现阶段算法的评估完全依靠计算机仿真,其可信性有待进一步验证.以等值线(ICCP)算法为研究对象,首先从理论上分析影响算法性能的因素;然后搭建了地磁匹配导航半实物仿真系统,通过引入磁场仿真环境和磁传感器,提高了仿真的可信度;最后从测量噪声、匹配长度、匹配区域和惯导误差4个方面对ICCP 匹配算法的性能进行半实物仿真试验分析.仿真结果表明,通过半实物仿真试验可以对算法的抗干扰性、算法匹配长度的确定、匹配区域的选择以及惯导误差的影响做出有效评估,从而推动地磁匹配导航及匹配算法的工程化进程.