太阳极紫外多波段成像仪

在目前仪器特点和性能的基础上, 结合中国现有卫星特点和技术基础, 提出了一种新型太阳极紫外多波段成像仪, 采用小型化设计, 利用一台仪器实现对日冕和色球层4个不同波段的高分辨率成像, 不仅能有效利用卫星资源, 提高空间探测水平, 还能实现对日冕和色球的同时观测, 推动空间天气研究, 提高空间天气预报水平.      

多谱段全日面极紫外成像仪

在极紫外波段对太阳进行成像观测是研究太阳活动、日冕中等离子体物理特性的重要手段.传统极紫外成像仪或光谱仪无法同时实现高光谱分辨率和大视场的太阳成像.本文设计了一种新型太阳极紫外多谱段成像系统,采用无狭缝光栅分光方式实现了高光谱分辨率和空间分辨率的全日面成像,成像视场可达47',光谱分辨率每像素2×10-3 nm,空间分辨率每像素1.4',全日面时间分辨率优于60s.通过分析谱线的全日面成像图和系统响应,表明成像仪能大范围的观测太阳活动形态演化,为太阳物理研究和空间天气预报提供更完整的观测数据.      

太阳X-EUV成像望远镜波长选择装置

太阳X射线-极紫外射线(X-EUV,X rays-Extreme Ultraviolet)成像望远镜是我国专门服务于空间天气预报研究的太阳短波成像监测仪器,望远镜工作在0.4~10 nm的X射线波段和19.5 nm的极紫外谱段,能够提供全日面、高分辨率的成像观测.波长选择装置是该望远镜的一个重要子系统,可以增强望远镜动态响应范围,有助于获取更多的反演日冕等离子体参数,这些参数可用来诊断日冕活动.该装置的运动控制具有低功耗的特点,能够满足空间应用环境的特殊要求.其中,步进电机精位置控制是设计的重点,有2种光电编码矩阵可以用于位置检测,从工程可实现角度优选出其中一种,并且从工程可靠性角度分析了该光电编码矩阵的故障模式,提出了在轨故障处理的预案.      

观测路径和光谱分辨率对吸收性气溶胶指数的影响

吸收性气溶胶指数（AAI）在监测污染物方面有较好的应用,其反演结果受边界层高度、云高、相对湿度以及仪器指标和观测几何路径等因素影响.利用大气辐射传输模型MODTRAN,对辐射传输方程中多次散射计算的不同近似方法和不同观测几何角度下的AAI进行模拟,研究这些因素对AAI结果的作用,并分析仪器光谱分辨率对AAI探测结果的影响.结果表明,折衷考虑计算效率与精度的情况下,应选择8流近似的离散坐标法进行带有多次散射计算的辐射方程解析.AAI在不同浓度和不同类型气溶胶下随观测角度变化的趋势相同:相对方位角<120°时,AAI误差在太阳天顶角和卫星方位角均为40°～60°时最大;相对方位角在120°～180°时误差均较小;光谱分辨率对AAI反演结果无明显影响.      

一种全天空气辉成像仪数据预处理方法和初步结果

大气重力波是大气中的基本波动形式之一,在中高层大气动力和热力学过程中起着十分重要的作用.全天空气辉成像仪是一种以大气气辉辐射为示踪物,能够有效对大气重力波成像的仪器.本文针对中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室中高层大气组自主研制的全天空气辉成像仪所观测的数据,提出了一种气辉图像预处理方法,进行平场校正、方位校正、星光去除和坐标映射等数据订正.利用该方法处理2015年5月17日21:00BLT至次日05:00BLT西宁台站（36.6°N,101.7°E）的OH气辉数据,发现一次重力波事件,分析并获得了该重力波的水平波长、观测水平相速度和传播方向（分别为17.72km,47m·s-1,339°）.研究结果表明该方法是可行的.      

基于CPU/GPU的日冕偏振亮度并行计算模型

三维磁流体力学(MHD)数值模拟是用来研究日冕和太阳风最常用的方法之一, 其中将计算得到的日冕电子数密度转化为日冕偏振亮度(Polarization Brightness, PB)是与观测对比的重要方法. 由于待转换电子数据网格密度、PB数据网格密度和计算模型的复杂度, 使得日冕偏振亮度的计算比较耗时, 利用单CPU计算无法达到近实时转换日冕偏振亮度的要求, 从而影响了数值模拟的验证效率. 本文在CPU/GPU环境下, 利用CUDA编程技术, 提出了一个日冕偏振亮度并行计算模型. 实验结果表明, 该模型比CPU上的串行模型计算速度提高了31.86倍, 达到了近实时模拟与观测数据比对的计算要求.      

空间碎片天基监测图像仿真研究

空间碎片天基光学监测可以有效弥补地基监测的时空覆盖缺陷.目前天基观测数据不足甚至没有数据，这给监测系统研制、数据处理算法研究及软件系统研发和验证造成了一定困难.因此，研发能够为相关研究提供空间监测图像的空间碎片天基监测图像仿真软件系统具有重要意义.本文根据天基监测图像的特点，研究基本算法，设计仿真流程，给出仿真图像并对结果进行分析.为得到符合实际观测场景的高精度仿真图像，软件系统采用瞬时惯性坐标系；基于Tycho2星表提出了采用基于索引文件的快速星表查询方法来生成背景星图；利用两行根数（Two-Line Element，TLE）数据集仿真空间碎片观测值；并对结果图像中目标的运行轨迹进行分析，得出天基监测空间目标的成像特性.仿真结果表明，该仿真系统能够针对不同观测条件和观测平台，在兼顾精度与时效性的情况下，获得较为真实的空间碎片天基光学系列观测图像.      

中低纬电离层不同季节地磁暴响应的事例分析

利用中国中低纬台站漠河（53.5°N，122.3°E）、北京（40.3°N，116.2°E）、武汉（30.5°N，114.2°E）和三亚（18.3°N，109.6°E）的电离层观测数据，对比分析了4个台站电离层参数在2015年不同季节4个地磁扰动事件期间的变化特征.结果表明，4个磁暴事件期间电离层的响应特征并不完全一致，有着明显的季节特征，春季、夏季和秋季电离层以负相扰动为主，冬季以正相扰动为主.分析发现，中性成分O/N₂的降低与电离层负相扰动有关，但三亚地区的负相扰动还与扰动发电机电场相关.正相扰动的机制在不同事件中并不相同，穿透电场可能是引起春季磁暴事件期间电离层短时正暴效应的原因，而冬季长时间的正暴效应则是扰动电场和中性风共同作用的结果.      

基于对抗神经网络有限角度的磁层边界CT重构技术

对地球磁层进行软X射线成像探测是近年来磁层研究的前沿方向.由二维X射线成像图重构三维磁层边界的方法研究是与成像探测相关的重要研究课题.传统的计算机断层成像技术（CT）重构方法在图像数据很少时无法得到较好的重构结果，甚至无法重构三维结构.考虑到地球磁层空间分布范围方面的约束，当前卫星任务的轨道设计很难满足扫描角度的全方位覆盖，只能从有限角度观测磁层，这给磁层的CT重构带来困难.作为三维重构研究的基础，本文考查简化的二维磁层结构重构方法，采用基于对抗神经网络的CT技术对简化的地球磁层边界结构进行重构.首先使用改进的生成式对抗网络（GAN）对有限角度的卫星扫描图像进行图像补全，进而使用代数迭代重建方法（ART）重构磁层.实验表明，当扫描角度大于90°时，生成式对抗网络能有效准确地补全缺失图像，重构效果较好.      

利用F区电离层特性参量获取等效中性风的方法及讨论

讨论利用电离层特性参量获取F层峰值高度附近中性风信息的三类方法.这些方法主要有:传统的和改进的伺服理论方法、借助电离层模式和数据同化思想的方法和刘立波等提出的方法.并以美国Millstone Hill非相干散射雷达浓度剖面和离子速度数据,以及澳大利亚Beveridge(37°S,144°E)FPI风场和测高仪数据为个例,初步考察利用电离层特性数据导出的等效中性风与观测值的一致性.     

中性原子成像探测的物理设计与仿真

研究了磁层-电离层-热层耦合星座(MIT)卫星计划中高能中性原子成像仪(NAIS-H)探测方案的原理设计和模拟仿真. 以双星中性原子成像仪设计思想为基础,依据MIT卫星计划的总体科学目标和磁层卫星的轨道环境及相应自旋姿态,给出中性原子成像仪的技术架构,并针对地磁偶极场的环电流模型进行了模拟仿真. 仿真结果表明,所研制的NAIS-H以其高时空分辨能力适用于监测和反演磁暴期间磁层等离子体的全球动力学过程.      

天基X射线掠入射式成像望远镜发展现状

阐述了太阳X射线成像观测在空间天气预报中的地位和作用，叙述了掠入射式X射线聚焦成像的基本原理，简要介绍了在轨成功运行的天体X射线成像望远镜和太阳X射线成像望远镜的基本设计和技术指标，并介绍了国内正开发研制的专门服务于空间天气预报的太阳X射线成像望远镜基本设计和主要特点．     

嫦娥四号能量中性原子观测揭示太阳风与月面相互作用新特征

与地球不同,月球暴露在太阳风中.太阳风注入到月面,与月壤相互作用,部分太阳风质子以能量中性原子(Energetic Neutral Atom,ENA)的形式被月表散射.另外,月球局部地区的磁异常能阻挡太阳风到达月面,并形成微磁层,成为月面天然的保护屏障.然而以往相关的观测数据都来自轨道器,月面的真实情况无从知晓.嫦娥四...     

Solar ring mission: Building a panorama of the Sun and inner-heliosphere

Solar Ring (SOR) is a proposed space science mission to monitor and study the Sun and inner heliosphere from a full 360° perspective in the ecliptic plane. It will deploy-three 120°-separated spacecraft on the 1-AU orbit. The first spacecraft, S1, locates 30° upstream of the Earth, the second, S2, 90° downstream, and the third, S3, completes the configuration. This design with necessary science instruments, e.g., the Doppler-velocity and vector magnetic field imager, wide-angle coronagraph, and in-situ instruments, will allow us to establish many unprecedented capabilities: (1) provide simultaneous Doppler-velocity observations of the whole solar surface to understand the deep interior, (2) provide vector magnetograms of the whole photosphere — the inner boundary of the solar atmosphere and heliosphere, (3) provide the information of the whole lifetime evolution of solar featured structures, and (4) provide the whole view of solar transients and space weather in the inner heliosphere. With these capabilities, Solar Ring mission aims to address outstanding questions about the origin of solar cycle, the origin of solar eruptions and the origin of extreme space weather events. The successful accomplishment of the mission will construct a panorama of the Sun and inner-heliosphere, and therefore advance our understanding of the star and the space environment that holds our life.     

Recent Advances in Observation and Research of the Chinese Meridian Project

The Chinese Meridian Space Weather Monitoring Project (Meridian Project) is a ground-based geospace monitoring chain in China. It consists of 15 ground-based observation stations located roughly along 120°E longitude and 30°N latitude. In recent two years, using data from the Meridian Project, significant progress has been made in space weather and space physics research. These advances are mainly in four aspects:regional characteristics of space environment above China or along 120°E meridian line, coupling between space spheres at different heights and different physical processes, space weather disturbance and its propagation along the meridian chain, and space weather effects on ground technical facilities.      

代数重建法反演环电流分布的初步结果

TC-2卫星携带了高能中性原子成像仪.在理论上可以根据对中性原子的探测通过反演获得磁层中环电流的空间分布.开发了一种新的反演技术和算法来反演环电流的分布.文中将层析成像技术引入反演环电流区离子分布,把磁层空间环电流区域划分为网格并依据层析成像常用的代数重建法反演环电流的分布.反演前后的电流离子分布具有一致性,证实了这种反演方法的可行性.通过对比反演结果与初始分布,模型通过较少的假设和简单的步骤就可以获得全面的环电流信息.      

太阳极紫外光谱仪无缝成像技术研究

传统极紫外成像光谱仪无法实时观测大范围的太阳活动.无缝成像技术使得光谱仪能够获得大视场范围内的太阳空间信息和光谱信息.通过无缝成像光谱仪成果分析,提出了一种改进的光学设计思路,并通过模拟数据重建证明其能够大幅提高多普勒速度反演的准确性,从而极大提高了观测数据的可信度.      

磁暴期间环电流离子中性原子成像的模拟与观测比较研究

采用已经建立的环电流离子解析模型,结合Chamberlain地冕中性层模型,研究了2004年11月一次大磁暴期间的环电流区域中性原子(ENA)图像.结果表明,模拟的ENA图像与TC-2卫星搭载的中性原子成像仪(NUAUD)的观测图像在方位角或地方时分布、高度或纬度分布和能谱分布方面存在一定的差异.如果依据磁暴发展的不同阶段来选择环电流离子模型的方位角不对称因子和通量最大方向的方位角,增大地冕中性层在低高度区域的密度或者考虑氢(H)以外的其他中性成分,改进注入边界处的离子能谱分布函数,且考虑不同种类环电流离子的比例随磁暴发展可能发生的变化,该模型有望产生更符合观测的模拟ENA图像.     

The SIGMA mission

SIGMA, a hard X-ray/medium energy gamma ray (30 keV-2 MeV) imaging experiment, is being designed and constructed to attain an angular resolution of the order of 1 arcminute, and a sensitivity of several milliCrabs. The instrument uses a position sensitive detector of the Anger camera variety, and a two dimensional coded mask. The results of the instrument definition study are presented; a flight model will be constructed for a late 1987 launch.