Alfven波在微电离大气中的衰减特性研究

利用简单的偶极子地磁场模型以及大气电子密度和电导率模式, 分析地面产生的磁扰动以Alfven波的模式传播到近地空间区域. 这种地面的磁扰动可能干扰近地空间卫星对空间磁扰动的观测. 通过对地面磁扰动Alfven波模式1000 km高度内的衰减情况进行模拟, 认为在近地空间采用地磁偶极子模型是合理的. 由于衰减随扰动频率的增大而急剧增强, 分析还得到了近地卫星能够探测到地面磁扰动的最大频率. 计算结果表明, Alfven波的衰减主要集中在高度50 km以下, 这个区域内的大气电导率极其微弱, 使Alfven波的传播受到极大衰减. 0.4 Hz以下的Alfven波沿磁力线传播到1000 km高度后衰减结为原来扰动幅度的千分之一, 因此频率在0.4 Hz以下的Alfven波可能会干扰低轨卫星探测磁场脉动.      

火星空间磁场结构特征

在火星空间模拟的单流体MHD模型的基础上, 研究了火星空间磁场结构及火星表面局部磁异常对磁场结构的影响. 在太阳风与火星相互作用的过程中, 形成弓激波和磁堆积区, 行星际磁场弯曲并向两极移动且被拖拽变形, 大部分磁力线从火星两极绕过, 通过火星之后在磁尾留下V字形结构. 火星表面附近局部磁异常也对火星磁场结构产生不可忽视的影响. 不同位置和强度的磁异常与太阳风相互作用形成结构及形态各异的微磁层, 如被拖拽的微磁层和存在开磁力线的微磁层等. 局部磁异常改变了近火磁场结构, 并可能改变等离子体的分布.      

大型铁磁性物体近场磁异常场数值仿真

磁异常探测是一种在地球物理领域有着广泛应用的探测方法,磁异常场的空间分布规律信息是磁异常探测的主要理论依据。对矩形铁磁性物体空间磁场模型进行了推导,利用ANSYS Maxwell分析了大型铁磁性物体近场的磁异常场空间分布规律。针对不同地磁场方向条件,得到了近场空间磁感应强度总量分布及矢量分布规律,揭示了在不同条件下磁感应强度模量场和矢量场都具有普遍的对称性和规律性。通过对仿真模型进行缩比试验,测量了类似条件下模型近场的磁感应强度模量场和矢量场信息,验证了仿真得到的磁异常场空间分布规律的一致性和正确性。      

磁罗盘空间特性校准装置研究

磁罗盘在不同地磁场下使用的性能有差异，而常规手段只能对磁罗盘在实验室地磁场环境下的性能进行校准，所[JP2]以其校准结果在实际使用中是有风险的。介绍一种磁罗盘空间特性校准装置，主要由地磁场复现系统和三轴无磁转台组成，地磁场复现系统可模拟地球上不同经纬度和不同离地高度的地磁场，配合作为角度标准器的三轴无磁转台，对磁罗盘在地球上不同地磁场下的性能进行校准，确保磁罗盘在不同空间使用时的量值准确可靠。     

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.      

磁罗盘空间特性校准装置研究

磁罗盘在不同地磁场下使用的性能有差异,而常规手段只能对磁罗盘在实验室地磁场环境下的性能进行校准,所以其校准结果在实际使用中是有风险的。介绍一种磁罗盘空间特性校准装置,主要由地磁场复现系统和三轴无磁转台组成,地磁场复现系统可模拟地球上不同经纬度和不同离地高度的地磁场,配合作为角度标准器的三轴无磁转台,对磁罗盘在地球上不同地磁场下的性能进行校准,确保磁罗盘在不同空间使用时的量值准确可靠。     

利用人工神经网络快速计算木星系磁坐标

在木星辐射带研究中，从地理坐标向磁坐标的准确转换是建模基础.以往的建模中，磁壳参数L值的计算基于磁偶极场假设，该方法精确度较差.结合最新的高精度木星磁场模型JRM09，本文提出基于磁力线追踪法的木星磁坐标计算方法，并分析其合理性和必要性.要求精确度较高时，磁力线追踪法计算耗时很长.本文在磁力线追踪法的基础上进行改进，提出基于人工神经网络的磁坐标快速计算方法.该方法包括分类器和拟合器.分类器基于Adaboost算法的BP神经网络，用于预测某地理坐标是否在内磁层，如果在内磁层，则用拟合器计算L值.拟合器采用遗传算法优化BP神经网络.结果表明，分类器的分类错误率在3%以内，而拟合器的预测误差在7%以内.以Juno号一圈探测轨道为例，利用神经网络的磁坐标计算法比磁力线追踪计算法速度快3个数量级以上.基于人工神经网络的磁坐标快速计算方法可用于未来木星辐射带的研究.      

基于权重的层次矢量量化体压缩算法及其在空间环境中的应用

空间环境数据可视化是空间环境预报和服务的重要手段.目前基于矢量量化的压缩体绘制算法均只考虑了数据特点和压缩效果，并未结合具体应用需求.为适应空间环境体数据可视化具体应用需求，提出了一种应用驱动的压缩体绘制算法——基于权重的层次矢量量化算法（WHVQ）.算法将体数据划分为43的数据块，并为数据块设置权重，重点关注区域的数据块赋予相对较大的权重值.然后，对各数据块用三层结构表示.最后，对次高层和最高层分别采用基于权重的主成分分析分裂法产生初始码书，并采用基于权重的LBG算法进行码书优化和量化.实验结果表明，该算法能够在保证整体压缩效果的同时，提升局部重点关注区域的重构质量.      

卫星磁试验及磁试验设备

<正> 一、卫星磁试验的必要性(一)磁场对卫星工作的影响地球象一块大磁体,地球的磁场不但在地面上存在而且伸向空间,离地球越远地磁场强度越小,卫星在轨道运行期间。磁场对卫星会产生如下影响。1.地磁场对卫星姿态控制的影响卫星在轨道上,卫星的磁矩同地磁场相互作用会产生干扰力矩,影响卫星的姿态。磁干扰力矩表示为     

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

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。     

地磁测量卫星的矢量磁场在轨标定算法仿真

以SWARM为代表的高精度地磁测量卫星对地球磁场探测精度经过标定之后优于0.5 nT,对于开展地磁科学研究具有重要意义。地磁测量卫星通过安装在伸展杆上的矢量磁通门磁强计、标量磁强计和高精度星敏感器,获取测量方向的惯性空间姿态的地磁信息,其中高精度标量磁强计主要用于对磁通门矢量磁强计进行标定。针对地磁测量卫星,研究了矢量磁强计在轨测量误差的校正方法。考虑到矢量磁强计非正交角、标度因子以及偏差的影响,建立磁场矢量线性输出模型;结合标量磁强计的测量值分别设计基于小量近似的线性校正算法和基于参数辨识更新的非线性校正算法;校验两种算法的标定精度,并通过Tukey权重函数改善算法的鲁棒性。仿真结果表明,两种算法校正结果相似,磁场三轴误差可校正至0.5 nT以内,在标量磁强计存在异常值时仍具有较好的校正效果。      

基于稀疏地磁数据的中低纬度磁暴感应地电场的算法研究

强磁暴产生的地磁感应电流是诱发电力系统灾害性事故的关键因素,预防与控制地磁感应电流的必要途径是评估其在系统中的水平.掌握磁暴感应地电场的时空分布是评估所在区域电网地磁感应电流的基础,可为研究与防治电网磁暴灾害提供参考.在中国现有稀疏分布的地磁台观测数据基础上,建立了电离层等效球面元电流系统模型,并将其与复镜像法结合,建立了磁暴感应地电场和地磁场的计算模型.利用磁暴期间实测的地磁台站数据进行了计算,算例结果与平面波理论计算结果的对比证明了算法的正确性与有效性.计算结果可直接应用于电力系统的地磁感应电流计算,为分析电力系统磁暴灾害风险提供参考.      

基于Pareto分布的磁暴感应地电场极值测度模型

磁暴感应地电场为电力系统安全运行带来风险，研究极端磁暴地电场水平能够为量化并防御电力系统磁暴灾害风险提供理论支持.提出了基于极值理论的磁暴感应地电场极值测度模型.首先利用地磁观测数据构造年度最大地电场样本数据，建立地电场广义Pareto分布模型，然后利用剩余寿命图和Q-Q图检验模型，并通过Bayes方法估测模型参数，最后计算模型的分位数，即地电场极值测度.利用中国地磁台观测的52年磁暴数据，结合中国喀什地区大地典型结构，估算出喀什地区五十年一遇的感应地电场可达3.288V·km-1，百年一遇地的感应地电场可达3.332V·km-1.利用相同方法还估测了中国部分地磁台站所在区域的地电场极值.研究结果可为估计极值地磁暴提供新思路，也可为分析电力系统磁暴灾害风险提供数据支撑.      

磁暴数统计特性研究

Dst是一个表征磁暴强度的空间天气指数. 通过统计1957-2008年 发生的中等磁暴(-100<Dst≤ -50nT)和强磁暴(Dst ≤ -100nT)在太阳活动周上升年、极大年、下降年和极小年的时间分布情 况, 分析其随季节变化的统计特性, 进而讨论了引起磁暴的原因. 结果表明, 对于同一太阳活动周, 极大年地磁暴发生次数远大于极小年地磁暴的发生次数, 这与太阳黑子数的变化趋势是一致的; 通常太阳活动周强磁暴出现双峰结构, 而第23周中等磁暴出现双峰结构, 强磁暴则出现三峰结构, 这可能与1999 年强 磁暴发生次数异常少, 使1998年凸显出来的现象有关; 磁暴主要发生在分季, 随着Dst指数的增加, 磁暴发生次数明显增加.      

中国及邻近地区地磁场垂直梯度的计算与研究

根据地磁场的球谐模型,推导出地磁场各个分量垂直梯度的球谐表达式.计算出中国及邻近地区高度为0km,50km和100km处的地磁场及其垂直梯度的网点值,编绘出地磁总强度、垂直强度、水平强度和磁偏角的垂直梯度等值线图.研究了地磁场垂直梯度在地面上以及随高度的变化规律.