基于SIMION软件的空间等离子体探测器的数值仿真

空间等离子体探测器采用带偏转板的柱形静电分析器作为传感器,具有大于320°探测视场,可探测约10eV～30keV的热等离子体。利用SIMION软件采用均匀随机抽样建立粒子源的方法仿真探测器的基本特性参数:静电分析器因子、能量分辨率、偏转板因子和偏转角。仿真结果与实测结果吻合很好。静电分析器因子的仿真与实测结果偏差为3.2%,能量分辨率仿真与实测结果偏差为1.5%,偏转角-偏转板因子的关系式与实测结果的相关系数为0.999 4。仿真结果可以有效地应用于该类仪器的设计和定标过程中。     

FY-2C卫星太阳X射线探测器性能定标

通过具体的实验对FY-2C太阳X射线探测器进行了详细的定标.太阳X射线探测器的传感器采用充Ar气的正比计数器.主要探测能量大于4 KeV的太阳X射线流量.在坪特性、效率、正比性、能道划分、能量分辨率和时间分辨率等6个方面详细介绍了定标的方法及结果.定标结果表明,FY-2C卫星的太阳X射线探测器在各个方面都具有很好的性能.最后对FY-2C的在轨探测数据与GOES卫星进行了比较.GOES卫星的太阳X射线传感器采用电离室.FY-2C的探测结果与GOES的探测结果非常吻合.结果表明,FY-2C太阳X射线探测器可以很好地监测太阳X射线的流量变化,为空间环境监测提供有效的服务.      

掠入射聚焦型脉冲星探测器的能量响应标定

通过地面及在轨试验对掠入射聚焦型脉冲星探测器(FXPT)能量响应特性进行了标定.掠入射聚焦型脉冲星探测器采用X射线掠入射聚焦探测体制,探测来源于X射线脉冲星发射的X射线光子,精确测定X射线光子的到达时刻和能量.标定结果表明探测器在全设计能段内具有良好的线性响应特性,光子能量测量误差优于0.5%.能量分辨率误差优于10%,能量分辨率可达156 eV@6.4 keV.探测器入轨后对超新星遗迹的能谱观测表明,探测器在轨光子能量标记准确,能量分辨率与地面标定结果一致.地面及在轨标定结果为掠入射聚焦型脉冲星探测器的数据处理和科学分析提供了重要的依据.     

热离子质谱分析仪的研制及定标

热离子质谱分析是空间等离子体探测的核心技术之一.热离子质谱分析仪采用了半球形静电分析器结合基于碳膜的飞行时间系统方案，是目前应用最广泛、最成熟的空间热离子质谱分析技术.热离子质谱分析仪解决了三项关键技术，即5mV高分辨扫描高压，10~20nm超薄碳膜处理以及30kV超高加速电压.分析仪原理样机在瑞士伯尔尼大学完成了定标试验，实现指标参数如下:能量范围为0.499eV~29.94keV，能量分辨率为10.5%；能够实现离子成分H+，He+，O+的分辨；视场范围为360°×8.4°，角度分辨率为22.5°×8.4°.基于热离子质谱分析仪的研制基础，可以进一步开发出更高质谱分辨、更大探测视场以及小型化的等离子体探测载荷.      

带顶盖的半球形静电分析器的计算机模拟

从解带顶盖的半球形90°静电分析器关于势分布的Laplace方程开始,建立了荷电粒子在分析器中的运动方程,确定了以时间为参量的粒子运动轨道,引出了传输函数和几何因子的表达式,从而提供了一套适用于带顶盖的半球形90°静电分析器的模拟方法.为了使用方便,给出了传输函数和几何因子的尺度性质.所编制的程序特别地被应用于Sablik等的分析器原型,在现在的模拟结果和Sablik等的结果的对比中,评估了本文描述的模拟技术的精确性.      

电子照射对硅漂移探测器性能的影响

由于高能电子辐射的长期照射,新一代太阳X射线探测器硅漂移传感器的探测性能可能发生变化.通过用电子放射源模拟空间电子对硅漂移探测器进行辐射照射试验,以测试电子照射对传感器能量分辨率、效率、信号幅度等性能的影响.试验结果表明,长期的电子照射造成硅漂移探测器面损伤和体损伤,使其漏电流增大,信号幅度减小,能量分辨率也受到照射的影响,而探测效率未发生变化.     

海洋二号卫星微波散射计自然扩展目标在轨定标

海洋二号卫星微波散射计(HY-2 Scatterometer, HY-2 SCAT)是一种旋转扫描笔形波束散射计, 能够对同一观测面元提供4次方位角和入射角的观测组合, 并通过地球物理模型反演海面风场. 为达到设计的风场反演精度, 要求其系统定标精度达到0.5dB. 利用不同区域自然扩展目标对HY-2 SCAT进行在轨外定标, 并与OSCAT散射计在同时期内的测量结果进行了对比. 定标结果显示可以消除因散射计天线指向偏差带来的方位向测量误差. 针对HY-2 SCAT方位向测量偏差进行了误差分析, 利用仿真方法以及海洋二号卫星雷达高度计同期测量数据的反演结果进行比对, 验证了误差来源.      

风云三号E星中能质子探测器标定

风云三号E星搭载的中能质子探测器实现了风云三号系列卫星首次对辐射带中能质子进行多方向的测量。中能质子探测器实现了对九个方向的测量能量范围为0.03～5 MeV的中能质子能谱的测量。为确定中能质子探测器的实际性能，在仪器交付前，利用中国科学院国家空间科学中心的中高能电子加速器，对中能质子探测器的能量分辨率，相对响应效率曲线、不同方向探头测量一致性以及抗电子污染能力进行了标定。文中介绍了仪器的标定场所、标定内容，并对标定的结果做了分析。其结果显示，仪器的能量分辨率为6.50%@310 keV，各测量一致性偏差优于1.51%，电子在仪器内产生污染计数的概率低于1%。该结果为中能质子探测器在轨运行时数据的分析处理提供了重要的参考依据。     

基于恒星的电离层成像仪在轨几何定标

三轴稳定的地球静止轨道卫星在轨运行期间温度会有周期性变化.其上装载的远紫外电离层成像仪与卫星之间的热应力变化造成机械传递，导致仪器指向与装星时的初始位置发生偏差.恒星在惯性坐标系中的位置保持不变，可以将其作为电离层成像仪在轨几何定标的定标源.本文建立了基于恒星的电离层成像仪在轨几何定标模型，通过拍摄所筛选恒星图像，得出仪器在轨指向相对于初始值的偏离程度，从而提高电离层成像仪的成像几何精度.通过模拟试验，验证了运用此技术进行在轨几何定标的可行性.研究结果可为电离层成像仪常态化自动在轨几何定标奠定基础.      

火星等离子体环境探测

萤火一号(YH-1)探测器将对火星空间环境进行独立而深入的探测研究,探测各空间区域的等离子体特性及其对太阳风扰动的响应,以及火星离子逃逸过程,研究太阳风对火星水体损失的影响。为了实现这一目标,萤火一号搭载了等离子体探测包,包括2个离子分析器和1个电子分析器,具有较高的时间分辨率、能量分辨率,可以探测0.02～10 keV的离子、电子,同时能够对粒子的入射方向及1～44 au(1 au=9.1095×10~(-31)kg)质量范围内的离子成分进行分辨。本文阐述了萤火一号等离子体探测的科学意义,并对等离子体包的工作原理,仪器设计进行了介绍。     

An instrument for rapidly measuring plasma distribution functions with high resolution

A new instrument which can rapidly measure plasma particle distribution functions has been developed based upon recent innovations in electrostatic analyzer design and position sensitive particle detection. The new analyzer uses a quadrispherical geometry, but has a completely uniform 360° fan-shaped field of view. The polar angular distribution of entering particles is spatially imaged onto a position sensitive detector at the annular exit aperture after a deflection through 90°. Several methods of position sensitive detection have been successfully used in conjunction with this analyzer. The simplest is individual channel multipliers spaced around the annular exit. Microchannel plate electron multipliers permit greater position resolution to be obtained, and a detector using microchannel plates followed by a resistive anode image converter obtains angular resolution of about one degree -- $\text{i.e.}$, 360 individual angle pixels. Instruments of this type were flown on a sounding rocket in early 1982 and will be included on the Giotto comet mission and the AMPTE ion release module (IRM).     

0.1m分辨率机载SAR孔径依赖性运动补偿方法

讨论了0.1m分辨率机载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)运动补偿方案设计中的一个新问题.超高方位分辨率意味着长合成孔径和大相干积累角,条带模式下的回波数据中可能包含不可忽略的方位角度相关的残余运动误差.分析了这种运动误差孔径依赖性对机载SAR成像质量的影响,它将造成图像的几何失真和方位散焦.提出了一种基于子孔径数据处理的补偿方法,根据雷达瞬时照射时刻与多普勒频率之间的关联性对数据进行方位向上的分段和补偿,可以直接嵌入联合一阶运动补偿和二阶运动补偿的成像处理流程中.仿真结果表明此孔径依赖性运动补偿方法进一步改善了图像的聚焦质量.     

GEO-UAV空天双基SAR二维分辨能力分析

收发平台分置于地球同步轨道（GEO）和无人机（UAV）的GEO-UAV空天双基合成孔径雷达（SAR）系统能够实现对重点观测区域高精度、高时相的观测，二维分辨能力为其重要的系统指标。针对GEO-UAV空天双基SAR的二维分辨能力进行了分析:首先，基于梯度法给出了空天双基SAR矢量化的二维分辨率的计算方法；其次，基于GEO-UAV空天双基SAR的构型计算了其距离分辨率、方位分辨率以及二维分辨矢量夹角；最后，基于系统的二维分辨能力提出了GEO-UAV空天双基SAR的构型设计准则，通过点目标仿真对该准则的有效性进行了验证。所提设计准则能够为GEO-UAV空天双基SAR的系统设计提供有力支撑。      

Monte Carlo calibration of the response of the University of Chicago’s Cosmic Ray Nuclei Experiment (CRNE) on IMP-8 to electrons above 0.5 MeV

Modern instrument-simulation techniques offer the possibility of increasing the scientific yield from archival space datasets. In this paper, we report on a simulation of the electron response of the University of Chicago’s Cosmic Ray Nuclei Experiment (CRNE) instrument on the IMP-8 satellite. IMP-8/CRNE returned data from 1973 to 2006. The CRNE particle telescope was designed to measure the isotopic composition of Galactic cosmic-ray (GCR) nuclei and has also been used in many studies of protons and ions above 10 MeV/nucleon from solar energetic particle (SEP) events. But CRNE also functions as a highly-capable detector for solar electrons above 0.5 MeV, an energy range that has not been extensively studied. Utilization of the CRNE electron data has heretofore been limited by the fact that CRNE was never calibrated for electrons. We have therefore used the GEANT4 Monte Carlo simulation package to model the CRNE response to electrons and (separately) protons for multiple energies and incident angles. The results were used to compute the energy- and angle-dependence of the effective area and the energy-dependence of the geometric factor. The response to protons, which was already well understood, was used to verify the mass model, the simulation settings, and the post-processing software. Our simulation of the IMP-8/CRNE electron response now allows analysis of hundreds of relativistic solar electron events observed by CRNE over the years, including studies of evolution of electron energy spectra with high time resolution. We show examples of these results and briefly discuss potential applications to future scientific investigations.     

The Mercury Electron Analyzers for the Bepi Colombo mission

Bepi Colombo is a joint mission between ESA and JAXA that is scheduled for launch in 2014 and arrival at Mercury in 2020. A comprehensive set of particle sensors will be flown onboard the two probes that form Bepi Colombo. These sensors will allow a detailed investigation of the structure and dynamics of the charged particle environment at Mercury. Onboard the Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) the Mercury Electron Analyzers (MEA) sensors constitute the experiment dedicated to fast electron measurements between 3 and 25,500 eV. They consist of two top-hat electrostatic analyzers for angle-energy analysis followed by microchannel plate multipliers and collecting anodes. A notable and new feature of MEA is that the transmission factor of each analyzer can be varied in-flight electronically by a factor reaching up to 100, thus allowing to largely increasing the dynamical range of the experiment. This capability is of importance at Mercury where large changes of electron fluxes are expected from the solar wind to the various regions of the Mercury magnetosphere. While the first models are being delivered to JAXA, an engineering model has been tested and proven to fulfill the expectations about geometrical factor reduction and energy-angular transmission characteristics. Taking advantage of the spacecraft rotation with a 4 s period, MEA will provide fast three-dimensional distribution functions of magnetospheric electrons, from energies of the solar wind and exospheric populations (a few eVs) up to the plasma sheet energy range (some tens of keV). The use of two sensors viewing perpendicular planes allows reaching a ¼ spin period time resolution, i.e., 1 s, to obtain a full 3D distribution.     

异形光斑的高精度光束偏转角度测量

大气湍流通常会造成激光光斑畸变为不规则的异形光斑,针对目前四象限探测器(QD)对空间光通信中不规则光斑偏转角度测量精度不足的问题,提出了一种基于多源信息融合的高精度光束偏转角度测量方法.该方法通过对QD及电荷耦合元件(CCD)的数据信息进行融合分析,在保持QD高分辨率和高响应速度的基础上,提高QD对不规则光斑偏转角的测...     

基于光电探测系统的地面车精确定位定向技术

针对地/地导弹发射车、指挥车、侦察车等陆地战车对车载定位/定向系统越来越高的要求,提出了一种利用光电探测系统测量3个已知标志点与地面车辆之间的角度信息来精确确定地面车辆的位置和航向的方法.仿真结果表明:只需依次对3个已知标志点进行1次光电测角,就可以精确确定地面车辆的位置和航向,并且东向和北向定位误差小于0.5m,方位误差小于20″(1σ).这种方法简单、快速,定位定向精度高,且能同时服务于同一场地的多辆地面车,具有重要的实用价值.      

一种多点拖车式落锤弯沉仪设计

介绍一种多点拖车式落锤弯沉仪（简称FWD）。阐述其系统构成、工作原理及关键技术。通过性能试验表明： 荷载与弯沉的重复性均小于2%,性能稳定可靠,满足技术要求;在相同的测试条件下,FWD与贝克曼梁两者之间具有良好的线性相关性,可以通过公式进行转化,为ＦＷＤ在路面检测中的普及应用提供了依据。