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。     

火星空间环境探测设计与实施

介绍了萤火一号(YH-1)火星探测器的轨道设计,以及火星空间磁场、电离层和粒子分布及其变化规律,火星大气离子逃逸率,火星地形、地貌和沙尘暴,火星重力场等科学目标.给出了探测器等离子体探测包、掩星接收机、磁通门磁强计、光学成像仪等有效载荷的组成、作用和性能指标.YH-1火星探测器的研制成功为我国后续深空探测活动打下了坚实的基础.     

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.      

火星空间环境磁场探测研究——高精度磁强计

萤火一号卫星将对火星空间环境磁场实施探测。火星磁场对火星弓激波、磁鞘、电离层、大气等绝大多数空间环境效应都具有重要影响,萤火一号对火星磁场的探测是通过搭载于其上的科学载荷磁强计来实现的。此磁强计在工作原理及具体设计上,考虑了火星轨道严酷的工作环境和科学目标所需的测量要求。通过装星前的地面标定测试,验证了萤火一号磁强计可以在-130～75℃温度范围内测量±256nT以内的磁场,分辨率可达到0.01 nT,带宽内总噪声小于0.03 nT,能够满足萤火一号对火星空间环境探测的需求。     

FY-3D卫星的北斗掩星分布特征与误差特性

利用2018年1－3月FY-3D卫星的掩星折射率数据,研究了北斗导航卫星系统的掩星分布特点、数据精度以及误差统计特征。北斗导航卫星系统同步静止轨道掩星沿卫星轨道呈弧状分布在南北两极地区,倾斜轨道掩星在东西半球低纬度地区分别形成一小一大两个空洞,中地球轨道掩星则全球均匀分布。北斗掩星折射率数据精度在探测核心区域,即12~32 km范围内,与ERA5再分析资料计算的折射率相比,平均偏差的标准差约为1.5%,在核心区外,标准差从1.5%逐渐增大到6%。静止轨道掩星的平均偏差在高层略大于倾斜轨道和中地球轨道掩星。下降掩星在20 km以上区域的标准差大于上升掩星,20 km以下区域小于上升掩星。高纬地区北斗掩星标准差最小,低纬地区最大,对流层中下层尤其明显。分析结果表明,北斗掩星的数据精度和误差特征与GPS掩星数据相似。      

一种基于北斗三号系统的GNSS-R海面干涉测高技术

GNSS-R干涉测高技术可用于中尺度海面高度观测，具有空间分辨率高、测量精度高等优势。与传统的GNSS-R本地码测高技术相比，GNSS-R干涉测高技术可以有效提升高度测量精度。虽然GNSS-R干涉测高技术已有一些研究，但是基于北斗三号的干涉测高应用还很少。本文根据GNSS-R干涉测高技术优势，针对北斗三号系统在干涉测高技术上的应用，研发了支持北斗三号的GNSS-R干涉测高接收机并描述了整体架构及实现。利用所研发的接收机进行水面干涉测高试验，首次获取了北斗三号B1和B2干涉测高波形，与传统GPS L1和北斗B1本地码测高波形进行对比。对两种方法计算出的水面高度进行对比，结果显示北斗三号干涉测高精度明显优于GPS L1和北斗B1传统本地码测高精度。      

地球同步轨道系列卫星自主空间辐射环境监测及应用

对地球同步轨道空间辐射环境监测及应用进行了研究。给出了持续开展的国外GOES系列卫星和国内FY-2系列卫星的地球同步轨道空间粒子辐射探测介绍,以及AE8和AP8、AE9和AP9、POLE、FLUMIC等用于地球同步轨道带电粒子辐射环境评估的经验模型发展。我国自主高能带电粒子辐射监测自20世纪90年代中后期开始,FY-2系列卫星上的带电粒子探测仪器经过了两代卫星的技术巩固和第三代卫星的创新发展,实现了更精细的能道划分并拓宽了对带电粒子辐射能谱的探测。介绍了用FY-2系列卫星获得的不同扰动状态下高能电子能谱特性,兆电子伏特级高能电子快速、缓慢增强事件,以及与GOES-13,15卫星联合应用分析高能电子不同地方时动态与太阳质子事件动态演化结果。用FY-2系列卫星获得的观测数据能准确、灵敏反映轨道空间高能带电粒子的动态变化;与GOES系列卫星的同期观测结果比较既反映出相对平静时的趋于一致性,又反映了强扰动下的显著短时局地差异,这为开展该轨道粒子辐射实测数据多星联合分析,发展磁层对扰动响应更全面、更复杂的图像,为带电粒子起源、重新分布、损失机制等深入研究提供了可能。在最新的第一代静止气象卫星FY-4卫星上,带电粒子探测仪器兼顾了能谱和方向的设计,既具备FY-2系列卫星平台高能电子、质子全能谱的探测,又增加了高能电子的多方向探测。目前除GOES系列卫星以外,仅有我国地球同步轨道系列卫星可提供持续的轨道空间粒子辐射环境长期实测记录,数据的长时间积累和信息丰富将促进地球同步轨道空间粒子辐射经验模型向更精细化的方向发展,并推动我国空间粒子辐射环境理论和自主建模研究,更好地服务于我国空间天气监测预警业务。     

一种低能量远焦距电子枪技术

针对可移动非接触式月球表面电位探测器的电位无扰动测量单元对低能远焦电子束的需求，设计了低能远焦电子枪。以平板二极管电子枪为电子源，匹配两个静电聚焦透镜，将电子源引出的发散电子束聚焦为需要的形状，并加速至所需能量。优化电子枪的几何参数以及施加在电极上的电位，电子枪引出的电子束能量在5～500 eV内，并且具有良好的电子光路特性。电子束能量为5 eV时，初始半径r为5 mm，束腰至电子枪出口的距离p约为133 mm。随着能量增加，r逐渐减小至500 eV时的3 mm左右，p逐渐减小至105 mm。电子束经月球表面电场反射被电子收集平极接收，仿真数据和理论分析结果均表明，电子枪的工作距离为400～600 mm，平板接收的电子占发射电子比例在96%以上。电子枪结构质量仅408 g，满足探测器对电子枪的质量需求。     

GNSS极化测量降雨正演模拟与实验对比

研究证明，全球导航卫星系统（GNSS）极化无线电掩星（PRO）技术可以用于探测降雨。利用GPM DPR降雨率数据与PAZ卫星极化相移观测数据匹配，筛选出代表性降雨事件。通过选用TB等7种雨滴形状和MP等5种雨滴谱模型，采用T矩阵法对各事件进行正演，并分析PAZ极化相移的线性校正值、天线相位校正值与正演模拟值之间的关系。对比分析得出线性校正值、相位校正值与模拟值的相关系数分别为0.9994和0.9933，均方根差分别为0.3429和1.2765。模拟值与实测值之间高度相关，且更接近线性校正值。进一步的研究表明，模拟降雨率在1 mm·h–1以下的事件时，雨滴谱采用MP或JD分布，雨滴形状采用SC或PB的模拟精度更高；降雨率在1 mm·h–1以上的事件，雨滴谱采用MP或 SS分布，雨滴形状采用TB的模拟结果最优。