北极69°N和78°N空间碎片凝视探测的对比分析

利用北极69°N和78°N两套非相干散射雷达的首次空间碎片联合观测数据进行空间碎片参数（距离、速度、散射截面积、等效直径等）的对比分析,得出以下结论:两部雷达探测的碎片高度均主要分布在500～1100km和1400～1600km区间,但78°N雷达探测的碎片数量较多;空间碎片的径向速度均在-1.5～1.5km…-1区间,其中大部分为负值,说明在此次探测试验中碎片运动方向主要以远离雷达或地球为主;ESR雷达探测的空间碎片射截面积约为10-5～10-2m2,等效直径主要分布在4～10cm,而UHF雷达探测的空间碎片散射截面积约为10-6～10-2m2,等效直径主要分布在2～6cm,说明在同一高度上69°N雷达探测能力更强;经合理设置判据参数后得出重复检测次数,78°N雷达和69°N雷达分别有32次和14次重复检测,两部雷达共有4次重复检测.这些结果为空间碎片检测和建模提供了参考.      

基于MST雷达数据的中纬对流层和低平流层大气行星波研究

通过分析中国河北香河站MST (Mesosphere-Stratosphere-Troposphere)雷达 2012-2014年的水平风场数据, 研究了北半球中纬地区对流层和低平流层 (Troposphere and Lower Stratosphere, TLS)区域大气行星波的特性. 谱分 析发现, 在这一区域准16天波和准10天波占据主导地位, 准16天波更为显著. 在 对流层区域, 行星波具有丰富的频谱成分, 活动具有间断性, 持续时间一般不 超过三个月, 并没有明显的季节性变化特征, 其中纬向分量的振幅大于经向分量. 在 平流层区域(高度17km以上), 行星波一般出现在冬季, 并且主要在纬向分量中. 通常平流层区域的振幅要小于对流层区域. 结合MERRA再分析资料分 析了强行星波传播特性, 结果表明: 2014年2-3月纬向分量中的准16天波垂 直向上传播, 垂直波长约为64km, 纬圈波数约为2, 纬向传播方向自西向东, 水平波长约为15324.7km, 对应的相速度为11.1m·s-1 (向东为正); 2014年5月纬向分量中的准10天波在10~18km高度范围内向下传播, 垂直波长约为50km, 纬圈波数约为1, 传播方向自西向东, 水平波长约为 30649.4km, 对应相速为35.5m·s-1.      

中国中部低层大气行星波无线电探空仪的观测研究

通过分析武汉、宜昌和恩施气象局无线电探空仪2001-2003年的观测数据,研究了中国中部地区对流层和低平流层中行星波的特性.通过Lomb-Scargle(L-S)的周期图方法发现了周期为准16天和周期为准10天的谱分量占据着主导地位.观察发现,较大振幅的行星波振荡主要集中在5-15 km之间.准16天行星波沿纬圈向西传播,对应的纬圈波数大约为2,水平波长约为17 324.8 km,传播相速度约为-12.5 m·s-1(东向为正),通过计算准16天行星波在10 km以下相位随高度的改变可以得到其垂直波长大约为25-30 km,而在对波层顶附近其相位几乎没有发生改变,呈现出静态波特性.准10天行星波沿纬圈向东传播,对应的纬圈波数大约为4,水平波长约为8627.3 km,传播相速度约为10.0 m·s-1,垂直波长约为22-40 km.      

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.      

平流层臭氧和辐射场的季节分布特征

利用美国NCAR化学气候耦合模式WACCM3对平流层温度场、风场、臭氧及辐射场进行了模拟.结果表明,在适宜飞艇长期驻留的准零风层高度20～22km(对应大气压强范围为50～30hPa,以下均采用气压值表征对应大气高度),7-8月风速小于5m·s-1的风带可长期稳定在40°N以北.臭氧空间分布显示,在30hPa气压高度处中国地区臭氧浓度出现了带状分布,30hPa高度以下低纬度地区臭氧浓度低于中纬度地区.平流层太阳加热率的时空变化表明,在平流层上层,太阳加热率可达100×10-6K·s-1,而在平流层下层,只有10×10-6K·s-1.6-8月中国区域的太阳加热率大于9月;在100～30hPa高度内,中纬度地区太阳加热率高于低纬度地区,在30hPa高度以上,低纬度地区太阳加热率高于中纬度地区;8-9月30～40hPa高度处,太阳加热率的空间变化较小.在30hPa高度上,太阳加热率在40°N昼夜变化最大;50hPa高度处,太阳加热率的昼夜变化小于30hPa高度处,而且白天太阳加热率出现极大值的纬度明显靠北.平流层低纬度地区的长波加热率小于中纬度地区.青藏高原由于地形特殊,其6-7月的臭氧浓度、太阳加热率和长波加热率均小于同纬度其他地区.      

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.      

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.      

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.      

基于空间站平台的空间碎片探测与清除技术

<正>1引言近几十年来,人类航天活动日益频繁,航天器发射数量不断增加,由此产生了大量的空间碎片,包括运载工具、失效载荷以及由空间物体碰撞产生的碎片等。空间碎片的相对运动约10km/s,能够对航天器造成多种形式的危害,如严重改变航天器的表面性能、运行姿态和轨道,甚至可导致载人航天器的严重损毁,威胁航天员的生命安全。目前太空中已编目的大于1 0 c m的物体约2万     

中国山西地区法布里-珀罗干涉仪测风能力及数据质量检验

介绍了中国气象局山西岢岚大气观测站(39°N, 112°E) 法 布里-珀罗干涉仪(FPI) 的基本 构造、测风能力、程序处理流程、数据质量控制方法以及检验情况. 岢 岚观测站FPI可以观测892.0 (OH)nm, 557.7 (OI)nm和630.0 (OI)nm 波 长处气辉谱线的多普勒移动, 分别计算对应87km, 97km和250km高度处 的大气风速和大气温度, 可给出中间层顶区域及热层风的大气潮汐和扰动 情况. 采用水平风模型(HWM)输出结果进行交叉检验, 对FPI测风数据质量进行验证. 结果显示, 岢岚大气观测站FPI仪器的测风数据 在长期趋势上与HWM模式的输出数据一致, 风速变化幅度有季节性差异, 数据质 量控制方法有效, 测风误差在87km高度处为5.7m·s-1, 97km处 为1.3m·s-1, 250km处为4.1m·s-1, 测风数据 通过了可靠性检验.      

三站雷达测量OSCAR-3卫星散射截面

在中国首次使用欧洲非相干散射雷达三站系统研究空间碎片.以美国OSCAR-3报废业余通信卫星的三站雷达探测散射截面为例,采用欧洲非相干散射雷达三站标准电离层实验模式,分析三站雷达目标散射截面的差异性.比较三站雷达的探测结果表明,Sodanky站雷达散射截面比Tromso站散射截面精度提高5倍;按照中国科学院国家天文台预报理论模型轨道计算,通过理论方向图修正雷达散射截面后,在不知道美国太空监测网所公布的数值时,Tromso站雷达散射截面具有参考价值.计算结果证实三站雷达能提供较为准确的雷达散射截面.      

艇载声波测量临近空间风场可行性分析

提出一种临近空间艇载原位测量大气风场的新方法,该方法利用声波传播时延差测量临近空间大气风场.介绍了该方法的原理,分析了测风误差来源和测风精度.通过分析声波在临近空间高度的衰减,对信号载波频率和传播距离进行了选择,并对不同信噪比条件下声波时延估计精度进行了仿真分析.结果表明:在临近空间20~50km高度,传播距离为2~5m,距离测量精度为1mm,平台测速精度为0.1m·s-1,信噪比优于-2dB条件下,时延估计精度优于1μs,利用该方法测风精度能达到0.2m·s-1的较高水平.      

Laser measurements to space debris from Graz SLR station

In order to test laser ranging possibilities to space debris objects, the Satellite Laser Ranging (SLR) Station Graz installed a frequency doubled Nd:YAG pulse laser with a 1 kHz repetition rate, a pulse width of 10 ns, and a pulse energy of 25 mJ at 532 nm (on loan from German Aerospace Center Stuttgart – DLR). We developed and built low-noise single-photon detection units to enable laser ranging to targets with inaccurate orbit predictions, and adapted our standard SLR software to include a few hundred space debris targets. With this configuration, we successfully tracked – within 13 early-evening sessions of each about 1.5 h – 85 passes of 43 different space debris targets, in distances between 600 km and up to more than 2500 km, with radar cross sections from >15 m² down to <0.3 m², and measured their distances with an average precision of about 0.7 m RMS.     

空间碎片自然衰减和太阳活动

分析研究了空间碎片数随太阳辐射流量Ｆ１０．７的变化;给出预报Ｆ１０．７长期变化的计算方法和预测空间碎片数的数学模型。结果显示：①强太阳活动造成空间碎片年增长率下降;②空间碎片数与太阳活动１１年变化密切相关,相关数为０．９;③空间碎片增长率约为发射率的两倍;④若发射率保持不变,则到２０２０年,大于１０ｃｍ的碎片数将达到１４５００;⑤若小碎片的增长为大碎片增长的两倍,则到２０２０年,大于１ｃｍ的碎片数可达１２５０００。     

非相干雷达探测低电离层的结果分析

位于波多黎各的Arecibo非相干雷达可以获得低电离层电子和离子密度, 利用此非相干雷达数据对中纬度低电离层的运动特征进行研究. 得到了电子密度随时间和高度的变化 情况, 结果显著呈现出周日变化特征, 并分析了电子密度随高度的变化规律. 进一步对数据进行频谱分析, 深入研究低电离层电子密度的周日变化效应. 得到电子密度的高度剖面, 发现从F层底部到E层有明显的等离子体沉降. 低电离层的层结构特征及电子密度变化表明, 在该区域还存在不同程度的等离子体扰动, 由此对低电离层的作用因素 进行分析, 认为大气潮汐或声重波可能对低电离层产生扰动, 即低电离层与大气存在一定程度的耦合作用.