太阳风电子在月表电磁场中的运动

月表磁异常区的分布是月球探测工程的重要内容. 但是由于月表电磁环境错综复 杂, 通常认为月球表面在特殊的空间天气条件下会带有数千伏电压. 以往的空间研究已经证实, 表面的带电与放电容易造成卫星仪器的异常或失联. 月表电场对电子 反射法有重要影响, 研究分析不同电磁条件下太阳风电子的运动轨迹,对月表环境 (电磁环境, 太阳风条件, 等离子体参数等)的研究可以更加深入细致. 通过模拟向月表运动的太阳风电子的运动轨迹, 分析了月表电磁环境的改变对太阳风电子反射 的影响, 并着重研究了月表电场对电子反射法遥感探测月表磁异常的影响, 为探测 月表电磁环境提供了重要的信息.      

不同速度运动汽车的磁异信号研究与探测

运动汽车随着速度的增加伴随着非稳态材料的产生，如汽油高温燃烧、高速摩擦引起自由电荷累积等。针对这些磁异信号难以采用适用于铁磁性材料的磁偶极子模型描述的问题，提出了结合磁偶极子模型和运动电荷等效模型的方法，理论计算不同速度运动汽车的磁异信号并分析其时域、频域特征，获得磁异信号与速度的依赖关系。采用隧道磁阻传感器（TMR）结合滤波、放大、模数转换技术构建弱磁信号探测实验装置，探测不同速度运动汽车的时域磁异信号，并采用傅里叶变换获得其频域信息，与理论模型相吻合。随着速度的增加，频域信号向高频方向偏移，对于从低频地磁背景场中提取目标弱磁信号极其重要。      

磁屏尺寸对霍尔推力器性能影响的仿真研究

磁屏作为霍尔推力器磁路系统的重要组成部分,其尺寸对磁感应强度分布具有重要影响。为探究其中的影响规律,以一台低功率霍尔推力器为研究对象,首先采用Maxwell有限元方法软件对磁屏在不同的轴向和径向尺寸下形成的磁场进行仿真,结果表明一组尺寸使推力器磁场位形达到最优。然后以该尺寸作为设计标准,采用PIC方法对霍尔推力器在阳极电压及气体流量分别为200 V及0.8 mg/s条件下放电通道内等离子参数分布进行仿真。最后根据离子速度和数密度等参数,计算得到推力器的推力、阳极比冲和阳极效率分别约为6.9 mN、880 s及41.89%。该仿真为霍尔推力器的磁场设计提供理论依据,为未来的实验研究提供数值参考。     

FDTD-PWS法用于分析毫米波透镜天线焦面场

提出一种新的节省计算空间的FDTD-PWS混合算法,并应用于透镜天线的焦面场分析.首先采用FDTD(Finite-Difference Time-Domain)求解得到聚焦透镜天线的口面场的幅度和相位分布,再通过PWS(Plane Wave Spectrum)外推至焦平面,求解得出焦面场分布.根据天线场分布的对称性,将PEC(Perfect Electric Conductor)和PMC(Perfect Magnetic Conductor)边界应用于FDTD的仿真过程,使仿真模型缩减为原模型的1/4,进一步节省了计算空间.应用于毫米波聚焦透镜天线的焦面场仿真分析,并对其焦面场进行平面近场扫描测试,将仿真结果进行探头补偿后与实验数据作比较,证明该方法是精确和高效的.      

基于Cluster观测的磁尾场向电流在南北半球投影位置的分布

利用Cluster四颗卫星的磁场探测数据计算磁尾场向电流并投影到极区电离层,研究其投影位置在南北半球的分布规律,统计过程中去除了强磁暴（磁暴主相Dst<–100 nT）期间的场向电流事件。结果显示:磁尾场向电流事件在极区投影位置的纬度分布具有明显的南北半球不对称性,北半球为单峰结构,南半球为双峰结构。在北半球投影到较低纬度（<64°）的场向电流事件数目明显多于南半球,并且所能达到的最低纬度更低;在南半球投影到较高纬度（>74°）的场向电流事件数目明显多于北半球,并且所能达到的最高纬度更高。地磁平静条件下（|AL|<100 nT）,磁尾场向电流密度随磁地方时（MLT）呈递增趋势,这一结果与低高度卫星在极区对I区场向电流的探测结果符合很好。研究结果表明,磁尾场向电流投影位置的纬度分布呈现出明显的南北不对称性,这与南北半球磁尾场向电流的空间分布以及磁层中磁场结构具有密切关系。      

深空探测航天器巡航段自主导航方法研究

对深空探测航天器自主导航方法进行了研究。为了应对深空探测中航天器轨道动力学模型的误差，在分光计测量航天器相对于太阳径向速度基础上，引入了小行星的视线矢量测量。通过最小二乘法计算出由小行星视线矢量所得到的位置信息，采用改进的信息融合方法修正扩展卡尔曼滤波中不精确的动力学模型造成的状态估计误差。同时计算了模型的能观度，对模型的可观性进行了分析。最后对算法进行了仿真分析，仿真结果表明，该算法对动力学模型的依赖性明显低于其他算法，在相同模型精度下，可获得更好的滤波精度。     

基于空间矢量天线的太阳低频射电爆发探测研究

目前已有空间探测器对太阳的甚低频射电爆发进行的探测主要是频谱观测,针对太阳低频射电爆发的成像观测仍然是空白,利用空间矢量天线可以对太阳低频射电爆发(包括Ⅱ型和Ⅲ型暴)进行空间定位和一定的成像观测。研究针对空间(甚)低频射电探测器对太阳射电爆发的探测,提出了利用三极子矢量天线对太阳爆发进行定位的算法;基于部分空间甚低频设备的观测数据,在不同条件下对算法进行了仿真,同时针对"嫦娥四号"上的甚低频射电探测器(同样采用了三极子矢量天线),分析了其探测太阳低频射电爆发的能力。结果表明:当信号的信噪比达到10 dB以上时,矢量天线可以实现度量级的定位精度,并进一步分析了空间低频探测器探测太阳低频射电爆发的能力。     

自身场磁等离子体推力器数值仿真流场特性分析

磁等离子体推力器以其推力大、比冲高等特点,成为未来深空探测、星际航行任务首选的电推力器类型,研究推力器内部等离子体流场特性,有利于解释推力器出现的物理现象。针对特定自身场磁等离子体推力器,建立磁流体模型,使用TVD Lax-Friedrich格式以及ADI方法对推力器内部及羽流进行数值求解,得到等离子体流场及等离子体参数分布情况,仿真结果显示在高电流工况下,等离子体羽流更加集中,轴向加速效果更加显著,但高电流模式下阴极温度较高,不利于阴极的使用寿命。     

国外磁力探测卫星的发展

<正>精确探测磁力场对军事战争,研究地磁场、太阳活动和电离层的相互作用,进一步了解空间环境,以及了解电离层活动对通信和导航卫星的干扰等都具有十分重要的意义。截至目前,国外相继发射了多颗磁力探测卫星,对地核场(主要磁场)、地壳场(异常场、磁异常)、电离层磁场和磁层磁场等地磁场的各个部分进行了全面探测,获取了距地表100km到数千千米范围内的地磁数据,进而建立了精确的全球地磁场模型,形成了卫星地磁学,将地磁学研究向前推进了一大步。     

TOF相机在空间近距离目标探测中的应用研究

3D TOF相机具有同时获取目标的灰度和深度图像的功能,从而能够实时得到目标物体的三维点云,实现三维成像.主要介绍了3D TOF相机的工作机理以及应用场景等,同时模拟空间近距离目标探测的应用对目标进行成像研究,分析了不同条件下对目标物成像的影响因素以及相机的误差来源和误差的校正方法,并通过相机对深度信息的获取,对相机的距离探测精度进行了测试.     

磁层顶通量传输事件的经验重构

在地球磁层顶附近观测到的通量传输事件（Flux Transfer Event,FTE）一般被认为是瞬态局域磁重联的产物,是太阳风质量、动量和能量进入地球内磁层的重要通道.重构FTE的磁场结构可促进对其形成、演化过程及其与周围等离子体环境相互作用的理解.Grad-Shafranov重构法和磁通量绳拟合法等传统磁场重构方法适用于满足特定物理条件的磁场结构.基于平面线性插值原理,设计了一种不受具体物理条件限定的二维FTE磁场结构重构法.模型测试以及对THEMIS和Cluster卫星簇分别观测到的两个FTE的实际应用表明,在合适的多卫星位形条件下,该方法能快速有效重构出FTE的磁场空间分布,有助于推测FTE的磁场线位形,理解卫星测量数据的时间变化,以及分析等离子体物理量相对于FTE的磁场空间分布特征.      

电离层等离子体泡的磁场扰动特征与识别

等离子体泡是赤道区电离层常见的密度耗空结构,同时伴随着背景磁场的增强和垂直背景磁场方向上的扰动,这些扰动具有阿尔芬波的特征.本文利用Swarm卫星的标量、矢量磁场以及等离子体观测数据,考察了等离子体泡产生的磁场扰动信号特征,发现磁场强度和平均场向分量的增强均与等离子体泡密度下降有较强的负相关性,说明磁场标量和矢量(平均...     

COSMIC PLASMA DYNAMO

A new dynamo model based on the polarization of plasma is presented in this paper. From the Maxwell equations in a moving medium, a magnetization vector can be caused with Rongon current. The steady solar magnetic field is solved from the equations. On the assumption that the meridianal flow is ignored, the distribution of magnetic field is put out. In the model, there is no additional parameter considered. The intensity of magnetic field inside the sun ranges from 1-6 T. The surface magnetic field around the pole is in the order of 1 ×10-3 T, at low latitude the calculated surface magnetic field has the order of 1×10-2 T. The maximum magnetic field is around 30° in latitude.     

航天器多通道近场无线能量传输系统设计

针对航天领域空间交会对接、航天器配电、在轨服务与维护等领域对无缆化的需求，提出了多通道近场无线能量传输系统，建立了多通道磁耦合近场无线能量传输系统数学模型，分析了影响系统传输效率的重要参数，并对关键参数对系统效率的影响进行了仿真分析。通过线圈高效耦合设计，实现了多通道近场无线能量传输系统的效率最优。所提系统解决了能量的无线传输，并实现多负载接收的问题。通过一台1 000 W多通道近场无线能量传输样机进行了实验研究，结果表明，所提多通道近场无线能量传输装置具有传输效率高的特点，解决了航天器无线能量传输的多负载问题。      

Evaluation of geomagnetic field models using magnetometer measurements for satellite attitude determination system at low earth orbits: Case studies

In this study, different geomagnetic field models are compared in order to study the errors resulting from the representation of magnetic fields that affect the satellite attitude system. For this purpose, we used magnetometer data from two Low Earth Orbit (LEO) spacecraft and the geomagnetic models IGRF-12 (Thébault et al., 2015) and T89 (Tsyganenko, 1989) models to study the differences between the magnetic field components, strength and the angle between the predicted and observed vector magnetic fields. The comparisons were made during geomagnetically active and quiet days to see the effects of the geomagnetic storms and sub-storms on the predicted and observed magnetic fields and angles. The angles, in turn, are used to estimate the spacecraft attitude and hence, the differences between model and observations as well as between two models become important to determine and reduce the errors associated with the models under different space environment conditions. We show that the models differ from the observations even during the geomagnetically quiet times but the associated errors during the geomagnetically active times increase. We find that the T89 model gives closer predictions to the observations, especially during active times and the errors are smaller compared to the IGRF-12 model. The magnitude of the error in the angle under both environmental conditions was found to be less than 1°. For the first time, the geomagnetic models were used to address the effects of the near Earth space environment on the satellite attitude.     

太阳风状态参数的变化对地球磁鞘中磁场起伏特性的影响

本文利用MHD激波跳跃条件的精确解,具体讨论了行星际背景太阳风状态参数Alfvén马赫数M₁、等离子体β₁参数和磁场角θ₁的变化对地球磁鞘区中磁场起伏特性及其分布的影响.主要结果是:马赫数M₁的变化主要控制磁场起伏特性:放大倍数、相对起伏和各向异性程度的水准高低.磁场角θ₁的变化控制磁场起伏的空间分布特性.等离子体β₁参数的变化,不引起磁场起伏特性的明显变化(对于实际经常发生的情况M₁ 8而言).M₁、θ₁是强控制参数,而β₁是弱控制参数;磁鞘区磁场起伏对太阳风状态参数的变化响应呈现明显的晨-昏不对称性(行星际磁场位于黄道面时),响应主要发生在晨侧.晨侧的磁场起伏(或湍动)相当活跃,而昏侧相当稳定;磁鞘中不同地点磁场起伏特性对太阳风状态参数M₁、β₁的变化响应有大致相同的形式,而对其磁场角度θ₁的变化却有迥然不同的形式.      

基于非参数边缘积分估计的局部特征描述子

为提高图像匹配性能提出了关于局部区域特征描述子的统计模型。该模型是一种基于梯度模值及方向分布的边缘积分函数模型。在离散梯度方向的边缘积分函数与梯度矢量场的模值累积方向直方图相同。采用基于核函数的非参数估计,估计了该函数,应用于尺度不变特征变换(SIFT)描述子。为了提高描述子的旋转不变性、独特性,降低运算复杂度,将特征点周围的局部区域作为圆形,由径向采样网格划分为8个子区域。在每个子区域估计边缘积分函数,特征向量由每个小块8个方向的函数值组成。实验表明,该描述子能够提高旋转变换的检测率(查全率),降低运算复杂度。      

平面磁流体波穿透圆柱面分层赤道电离层和大气层的理论

给出了平面磁流体快波穿透圆柱面分层模型的赤道电离层和大气层的理论．平面磁流体快波被分解成柱面波,柱面波在圆柱分层介质中的传播被化为一个两点边值问题,给出了所需统治方程和边界条件．