非相干散射雷达的空间碎片参数统计分析

采用匹配滤波方法处理了非相干散射雷达的原始采样数据(时长约7h), 共检测到394个空间碎片, 估算了其轨道高度、径向速度、散射截面、等效直径及径向加速度等参数, 统计分析了这些参数的变化特征, 得到穿过雷达 波束的空间碎片流量约为60h-1, 信噪比为10～1000, 空间碎片主要分布在600～1100km和1400～1600km两个高度区间, 散射截面 10-5～10-2m2, 等效直径3～10cm, 径向速度-1.5～1.5km·s-1, 径向加速度20～90m·s-2, 这对于中国的空间碎片探测与研究具有重要参考意义.      

廊坊中频雷达流星观测及初步结果

中频雷达用来开展夜间100km高度以上的流星观测,获得流星随时间、高度、方位的分布情况及流星体速度、流星辐射点、流星余迹径向速度等参数,其探测数据可用于流星天文学、中层大气动力学等领域的研究.利用2017年11月16日12:00UT-22:00UT期间廊坊观测站（39.4°N,116.7°E）的中频雷达数据,首次开展了中国中纬度地区夜间流星观测实验,共检测到94个流星回波信号,集中分布在97～115km高度范围内,平均高度为106.5km,计算得到了流星回波的双极扩散系数、方位分布等相关参数,并与国外中频雷达流星探测结果进行了初步比较.      

低重频PD雷达的临界散射截面计算方法

提出了低脉冲重复频率PD(Pulse Doppler)雷达探测飞行器目标的临界散射截面的计算方法.针对低重频PD雷达对目标的发现概率计算过程中所遇到的问题,采用临界仰角法处理雷达的未知参数,将之合并为雷达系统特征常数.将低重频PD雷达的旁瓣杂波合理等效为白噪声,处理目标频移落在旁瓣杂波区的情况.采用等效杂波散射截面积叠加旁瓣杂波中目标临界散射截面处理目标频移落在主瓣杂波区的问题,并考虑偏置相位中心天线(DPCA)技术对目标频移落在主瓣杂波中时临界散射截面的影响,使计算结果更合理,从而完善低脉冲重复频率PD雷达在全频域中临界散射截面的计算方法.该方法可应用于计算目标突防时的发现概率.最后以E－2C预警机为例计算某目标突防过程中的临界散射截面.      

匹配滤波方法在非相干散射雷达测量空间碎片中的应用

利用2010年3月25日欧洲非相干散射雷达的常规电离层探测数据, 分析了实测数据中接收功率突变的现象. 高度发生在500 km以上的功率突变一般不是由于地球物理影响产生的, 而要归因于卫星或空间碎片. 采用匹配滤波方法实现了对空间碎片的探测和提取, 利用相干积累的方法提高了信噪比, 共获得363个碎片, 得到了碎片随高度和时间的分布. 结果表明, 碎片高度分布主要集中在800 km左右, 与欧洲非相干散射组织现有的碎片数据具有一致性.      

基于相控阵雷达波束篱笆的空间碎片数量与分布估计方法

随着载人航天与空间站等航天活动的增多,不能有效防护、也无法定期跟踪和编目的小尺寸(尤其是1～10 cm)碎片的危害越来越受到关注,这些碎片信息的获取依赖于统计采样技术.针对简化的相控阵雷达波束篱笆空间碎片探测模式,提出了一种采用统计技术估计空间碎片总数量以及高度和倾角分布的方法.将碎片穿越波束篱笆的过程用Poisson分布来建模,根据观测时段内穿越波束篱笆目标的平均到达率及测量的轨道高度和倾角数据来估计给定轨道高度范围或倾角范围内碎片的数量,进而得到碎片的总数量以及碎片数量随轨道高度或倾角的分布.在获取雷达散射截面信息时,该方法还可用于估计碎片数量随尺寸的分布.通过仿真实验验证了该方法的有效性.      

HXMT卫星空间环境监测器及初步观测结果

硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星是中国首个专门进行天文探测的空间科学实验卫星,运行于高度约550km、倾角约43°的低地球轨道.星载空间环境监测器为星上科学任务开展提供背景辐射实测资料.该监测器采用固体探测器望远镜系统和扇形阵列全新组合设计,可获取轨道空间高能质子和高能电子能谱、方向综合动态结果,给出更为全面的粒子辐射分布图像.初步探测结果显示,卫星运行轨道遭遇的带电粒子辐射集中分布在经度80°W-20°E,纬度0°-40°S的南大西洋异常区,粒子辐射在该区域表现出不同程度的方向差异分布,高能电子方向差异分布显著强于高能质子.2017年9月空间环境扰动期间,爆发的太阳质子事件并未对该轨道粒子辐射产生影响,而地磁活动导致该轨道穿越经度120°W-60°E,纬度40°-43°N的北美上空和经度60°-120°E,纬度43°-40°S的澳大利亚西南区域时遭遇增强粒子辐射影响,增强的粒子辐射表现出极强的方向分布.      

北纬30°N中间层和低热层大气平均风中频雷达观测

利用武汉(30.5°N,114.4°W)中频雷达在2001年1月1日至3月18日、2002年2月5日至3月18日、2002年10月18日至12月31日期间,日本Yamagawa(31.2°N,130.6°W)中频雷达在1997年1月1日至10月17日期间的数据,分析北纬30°N地区上空60-98km高度的中间层、低热层大气平均风的变化规律,结果表明平均纬向风和经向风都具有明显的季节变化.平均纬向风在冬季基本为西风,随高度增加,西风减弱,甚至在上部会出现微弱的东风;夏季中间层表现为强烈的东风,低热层则为西风,风向转换高度在80km附近;春季和秋季为转换季节,在春季出现舌状东风结构.80km附近的平均经向风场在冬季以南风为主,在夏季则以北风为主.不同年份的平均风场存在年际变化性,但其气候变化特点非常相似.中频雷达观测结果与HWM93模式结果的气候变化特点符合很好,与其他纬度的平均纬向风气候变化特点基本类似.     

华南地区电离层闪烁与TEC耗空的时间和空间分布统计分析

利用位于赤道异常区的深圳站（22.59°N，113.97°E）2011年1月至2012年12月及2015年1月至2015年12月监测到的GPS-TEC数据，统计分析华南地区电离层闪烁与TEC耗空同时出现、电离层闪烁单独出现和TEC耗空单独出现3种现象的时间和空间分布特性.结果表明:这3种现象均主要发生在春秋季节；闪烁与TEC耗空同时出现、闪烁单独出现和TEC耗空单独出现分别主要发生在纬度为19°-23°N，21°-24°N和24°-26°N的空间区域.探测到闪烁和TEC耗空同时出现、闪烁单独出现和TEC耗空单独出现的时间分别主要分布在20:00LT-22:00LT，21:00LT-23:00LT和22:30LT-23:30LT.闪烁与TEC耗空同时出现、闪烁单独出现和TEC耗空单独出现3种现象的时间和空间分布特性对应了华南地区不规则体和赤道等离子体泡（EPBs）从产生到消失的演变过程.      

基于瑞利激光雷达对格尔木地区中间层逆温层特征分析

利用MARMOT （Middle Atmosphere Remote Mobile Observatory in Tibet）激光雷达对2014年7月至12月格尔木（36.25°N,94.54°E）上空的中间层逆温层MIL （Mesosphere Inversion Layer）事件进行研究分析.格尔木MIL现象的发生频率为53.8%,其中冬季（12月）发生频率最高,达76%;秋季（9-10月）较高,为60%;夏季（7-8月）发生频率较低,为29%.2014年7月至12月观测到的MIL逆温幅度主要分布在5～20K,平均逆温幅度为15.9K.秋季逆温层底部高度较高,主要分布在77～84km,冬季和夏季逆温层底部高度较低,主要分布在64～74km.逆温层底部高度平均为75.1km.逆温层的平均宽度为8.7km,由夏季到冬季呈递增趋势.      

瑞利激光雷达探测北京上空中间层低逆温层

利用延庆瑞利激光雷达（40.47°N,115.97°E）2012年1-2月及2012年5月至2013年4月的探测数据,分析得到北京上空60～80km高度140个晚间的温度廓线,对这一区域内的低中间层逆温层现象（Lower Mesospheric Inversion Layer,Lower MIL）进行了统计分析,发现平均逆温幅度为23.4K,平均垂直尺度为4.78km,逆温层底部平均高度为68.2km.约有2/3的逆温层存在随时间垂直传播现象,且大多为向下传播.此外,还观测到三个垂直传播速度相差近一倍的特殊双低层MIL演化现象.      

雷达波束驻留模式下空间碎片数量的置信区间估计

碎片数量估计是空间碎片环境统计特征描述的重要内容之一,对于空间碎片环境模型验证、航天器碰撞风险分析以及碎片数量增长趋势预测有重要意义.针对波束指向正东、正南任意仰角的雷达波束驻留(Beam-park)模式(天顶指向是波束指向仰角为90°时的特例),给出了一种估计碎片数量置信区间的方法.对于给定轨道高度范围内一个具有穿越雷达波束可能性(即雷达散射截面足够大,且轨道倾角相对测站纬度足够大)的碎片,将其是否真正穿越波束这一随机事件用(0-1)分布来建模,根据所采集的轨道高度和倾角数据,计算出该轨道高度范围内碎片穿越波束的平均概率,进而采用中心极限定理来估计碎片数量的置信区间.仿真结果表明了方法的有效性.      

海口上空中高层大气强烈的突发钠层观测

海南激光雷达站（20°N,110°E）2011年11月2日观测到强烈的突发钠层（SSL）.该SSL峰值密度达37087cm-3,半峰全宽仅为0.9km.对该SSL发生前后的钠层峰值密度和高度特性进行分析.统计激光雷达2010年5月至2013年12月共计377天观测到的SSL事件222次,其中仅有1次SSL峰值密度超过30000cm-3.对比距离最近的海南儋州（19.5°N,109.1°E）测高仪和VHF雷达观测到的突发E层（Es）事件,分析事件的相关性.Es最低高度与SSL峰值高度差均在5km以内,约有75%的Es与SSL时间差在±30min之内.实验中使用continuum的Nd:YAG激光器和泵浦染料激光器产生589nm激光,能量为45mJ,使用直径为1000mm的望远镜接收钠层的光子回波.      

武汉上空（30°N，l14°E）潮汐及其相互作用的MF雷达观测

利用武汉(30°N,114°E)MF雷达2000年2月11日至25日,以及2月28日至3月13日的观测数据,研究中层顶(80-98 km)区域冬季潮汐振荡及其共振相互作用.水平风场扰动的动态谱显示出在所有的观测高度上都持续存在很强的24 h潮汐波动;偶尔也会出现较强的12 h和弱的8 h潮汐振荡,这说明在中纬地区的冬季, 24 h潮汐是中层顶区域主要的潮汐成分.潮汐振幅及其相关动能随时间的变化表明,在24 h,12 h和8 h潮汐之间可能存在强的共振相互作用.另外,24h潮汐的相位随高度的增加呈现出明显的增加趋势,表明观测到的24h潮汐是向上传播的.由相位剖面计算出24h潮汐纬向和经向风场的垂直波长分别为45km和47km,其向下的相位传播速度分别为1.88km/h和1.97km/h.     

南大西洋异常区高能质子通量南北向差异

利用2012年8月NOAA N15,N16,N17,N18卫星中能质子和电子探测器（MEPED）>6.9MeV质子能档的数据,研究了800km高度处南大西洋异常区（SAA）质子分布的南北方向差异.数据显示,质子计数率沿经线随纬度的变化近似满足高斯分布,且向南运动的质子多于向北运动的质子.MEPED具有0°和90°两个探测方向,可对质子投掷角分布进行估算,从而消除在探测南向和北向质子时探测器方向角偏差所造成的影响.结果表明,在经度40°W、纬度13°S至23°S位置上,仍然存在南向质子比北向质子多20%~30%的现象.其原因可能与地磁异常使南向质子镜像点更低,更多质子散射进入大气层沉降有关.分析还发现,南大西洋异常区质子通量存在地方时变化.日侧比夜侧强约20%,这可能是由于地磁场日变化引起的.      

瑞利激光雷达反演中层大气温度算法

瑞利激光雷达是探测中层大气温度的重要设备,具有高时空分辨率且不存在探测盲区的优点.为充分利用激光雷达探测到的原始数据,改进了传统的Chanin-Haunchecorne方法,采用由均匀搜索生成温度初值的方式反演大气温度.位于北京延庆（40.3°N,116.2°E）的瑞利激光雷达具有589nm和532nm两个通道,将589nm通道用于计算,532nm通道作为参考.在150~250K区间等间隔选取多个温度初值,利用589nm通道反演60~70km高度范围内的大气温度廓线和大气密度廓线,利用参考密度廓线选取准确的温度初值,反演得到准确的大气温度廓线.将589nm通道和532nm通道反演的温度廓线相比较,发现二者具有较高的一致性.改进后的方法有效利用了信噪比较差的光信号,使589nm通道的温度探测上限从60km提高到70km.      

各国成功发射的航天器统计表

(1 999年 1月～ 6月 )名称国别发射日期 近地点/ km远地点/ km周期/ min倾角/ (°) 备　注　“火星极地登陆器” +深空 -2美国 1 999- 0 1 - 0 3日心轨道　执行美航宇局制定的火星探测计划的空间探测器“中华星” - 1中国台湾 1 999- 0 1 - 2 7595 60 5 96.6934.98　中国台湾第 1颗科学卫星　“星尘”探测器 美国 1 999- 0 2 - 0 7日心轨道 　“发现计划”的第 4次任务全球星 - M36全球星 - M2 3全球星 - M38全球星 - M40美国 1 999- 0 2 - 0 91 3371 32 31 3431 0 0 51 3561 3381 40 41 0 321 1 2 .611 1 2 .2 61 1 3.2 01 0 5.5252 .0 0…     

"神舟三号"大气成分探测器探测结果--2002年4月磁暴期间大气成分的异常变化

"神州三号"(SZ-3)大气成分探测器搭载在SZ-3留轨舱上于2002年3月26日发射入轨,正遇2002年4月发生的连续两次地磁扰动事件,SZ-3大气成分探测器测得了轨道舱运行高度上(330-350 km附近)大气成分的响应变化和异常现象.探测数据表明,在地磁扰动期间,不仅发生了大气中主要成分O和N2的数密度值增变的响应变化,而且在进入地磁扰动峰期开始后6h左右在较高纬度处出现了N2的异常增变和O的异常降变.4-5h后,这种异常增变峰和降变谷由纬度42°N左右逐渐推移向纬度较低地区,直至消失.     

流星参数的数值分析和流星高度分布模型

流星余迹能够被后向散射雷达观测到, 利用观测结果, 可以分析和研究流星的空间分布和时间变化规律. 同时, 利用流星空间分布还可以进行空间碎片的研究. 基于标准理论, 对影响雷达回波功率的主要因素, 例如如双极扩散、余迹的初始半径、流星的有限速度, 以及雷达的脉冲重复频率在不同频率和速度下进行了数值分析和计算, 得到的流星衰减时间及双极扩散系数的观测结果与理论结果一致. 通过对昆明流星雷 达观测到的571632个流星进行统计分析, 得到了流星高度分布统计模型, 并利用该模型的分析结果与不同月份流星的观测数据进行对比, 结果比较一致.      

中国廊坊中间层和低热层大气平均风观测模拟

利用中国廊坊站（39.4°N,116.7°E）流星雷达在2012年4月1日至2013年3月31日的水平风场观测数据,分析廊坊上空80~100km的中间层与低热层（Mesosphere and Lower Thermosphere,MLT）大气平均纬向风和经向风的季节变化特征.结果表明平均纬向风和经向风都表现出明显的季节变化特征.平均纬向风在冬季MLT盛行西风,极大值位于中间层顶,随高度增加西风减弱;在夏季中间层为东风,低热层为强西风,风向转换高度约为82km.平均经向风在冬季以南风为主,在夏季盛行北风.纬向风和经向风在春秋两季主要表现为过渡阶段.流星雷达观测结果与WACCM4模式和HWM93模式模拟的气候变化特点基本一致,但WACCM4模式纬向风和经向风风速偏大,而HWM93模式纬向风和经向风风速偏小.      

Fractal Structure of the Heliospheric Plasma Sheet at the Earth''''s Orbit

An analysis of the data from the Wind and IMP-8 spacecraft revealed that a slow solar wind, flowing in the heliospheric plasma sheet, represents a set of magnetic tubes with plasma of increased density (N > 10cm-3 at the Earth's orbit). They have a fine structure at several spatial scales (fractality), from 2°-3°(at the Earth's orbit, it is equivalent to 3.6-5.4h, or (5.4-8.0)×106km) to the minimum about 0.025°, i.e. the angular size of the nested tubes is changed nearly by two orders of magnitude. The magnetic tubes at each observed spatial scale are diamagnetic, i.e. their surface sustains a flow of diamagnetic (or drift) current that decreases the magnetic field within the tube itself and increases it outside the tube. Furthermore, the value of β= 8π[N(Te + Tp)]/B2 within the tube exceeds the value of βoutside the tube. In many cases total pressure P = N(Te + Tp) + B2/8πis almost constant within and outside the tubes at any one of the aforementioned scales.