机载电子设备大气中子单粒子效应脉冲激光实验方法研究

大气中子诱发的单粒子效应（NSEE）危害机载电子设备的可靠性安全性,而其作用机理、传播机制与空间SEE有所不同,且缺乏系统级实验研究和具体分析技术。文章对比常规机载电子设备NSEE实验手段,鉴于激光技术具有可精确分辨SEE时空特性、能量连续可调、无放射性、无须抽真空、操作便捷、实验效率高、成本低等特点,探讨脉冲激光实验的阈值等效评估技术、器件敏感功能单元定位技术和故障注入技术;针对电源转换电路关键器件进行失效验证,快速获取了器件—电路—系统的故障特征,包括故障传递模式和阈值条件,为机载电子设备的系统级失效分析提供了有效输入,并期指导机载电子设备抗大气中子单粒子效应的研究、防护设计和验证评价。     

脉冲激光诱发65nm体硅CMOS加固触发器链的单粒子翻转敏感度研究

针对65 nm体硅CMOS工艺触发器链,利用脉冲激光研究了敏感节点间距、加固结构和测试数据类型等因素对电路的单粒子翻转效应（SEU）敏感度的影响。研究表明:敏感节点间距增大可有效提高双互锁存（dual interlocked storage cell, DICE）结构触发器链的抗SEU性能,但当敏感节点间距较大（如＞4.0 μm）时,间距增大的器件加固效果减弱;触发器单元中NMOS管经保护漏结构加固、PMOS管经保护环结构加固后其SEU敏感度明显降低;不同数据测试模式下触发器链的SEU敏感度不同,这可能与不同模式下单元中的敏感晶体管类型不同有关。此外,脉冲激光作为一种地面模拟手段,可有效用于确定单粒子敏感器件设计的最佳间距和验证防护效果。     

风云气象卫星微波大气探测回顾与展望

基于风云三号（FY-3）三个批次极轨气象卫星微波湿度计的研制历程,取得的技术突破与研制进展,涵盖关键技术实现以及关键技术指标的设计与测试评估,微波湿度计在数值天气预报、台风暴雨等灾害性天气预报与监测等方面的科学应用,阐述了星载被动微波大气探测技术的提升。分析微波大气探测的研究现状与发展趋势,重点展望了极轨气象卫星微波大气探测在气象参数探测能力、探测精度、时空分辨率、应用效能等方面的潜力。对标世界气象组织（WMO）2040年愿景规划,针对中国风云五号新一代极轨气象卫星,提出了具有跨代表征的高性能新体制微波大气综合探测系统——高光谱微波大气探测仪,简要陈述了在轨定量化提升的技术途径与应用前景,为风云五号气象卫星微波大气探测载荷研制奠定基础。     

2000-2021年青藏高原地区地表净辐射的时空变化

基于CERES卫星提供的2000年3月至2022年2月SYN1 deg–Level 3辐射数据,结合Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验以及EOF分析等方法,分析了22年间青藏高原地表净辐射的时空变化规律。研究发现,在空间分布特征上,青藏高原地表净辐射总体呈现南高北低的分布特征,地表净辐射变化趋势具有高度一致性,但在青藏高原南部地表净辐射变化量级远高于青藏高原北部;在时间演化特征上,地表净辐射呈现准正弦振动,年周期变化明显,特别是2016-2017年出现突变,下降约5.52 W·m^–2,同期云覆盖度年平均值提高约18.75%。     

第21～24太阳周4类空间天气事件爆发特征统计分析

对第21～24太阳周不同等级的太阳X射线耀斑事件、太阳质子事件、地磁暴事件及高能电子增强事件的爆发频次特征进行统计,结果表明:太阳周耀斑爆发的总数量与该太阳周的黑子数峰值呈正比,耀斑总数、X级耀斑事件数与峰值的相关系数分别为0.974,0.997;太阳质子事件主要发生在峰年前后1～2年,约占总发生次数的80%,峰值通量大于10pfu （1 pfu=1 cm-2·sr-1·s-1）的质子事件中,84%伴有耀斑爆发,并且主要伴随M或X级耀斑,少量伴随C级耀斑,峰值通量大于1000pfu的质子事件中,98%伴随M或X级耀斑,并且以X级耀斑为主;第21,22,23和24太阳周发生地磁暴最频繁的时间分别在1982,1991,2003年和2015年,分别滞后黑子数峰值时间3年、2年、2年和1年;72%的高能电子增强事件发生在太阳周下降期,24%的高能电子增强事件发生在太阳周上升期.      

基于FPGA的高性能电离层测高仪数控系统设计

为建立天地一体化电磁观测系统,实现电离层等的实时准确观测,为地震机理的研究与地震预报工作提供科学有效的数据,提出了一种高性能电离层测高仪数控系统设计方案将应用于电磁卫星的地面同步验证系统中,给出了数控系统的时序控制单元、发射单元和接收单元等的具体实现.在收发延迟可变的雷达时序控制下,发射单元利用直接数字合成技术产生1～30MHz的脉冲信号,40位类巴克码对脉冲信号进行二进制相位调制编码,随后交替发射正交极化波;接收单元利用高速模数转换器实现信号的数字化,采用FPGA技术进行下变频处理.本数控系统的设计可直接获取回波信号的极化信息,高度分辨率为1.5km,探测周期小于2min.实验结果表明,该数控系统方案切实可行.      

基于U-net的紫外极光观测极光卵形态提取

极光卵形态提取是极光研究的重要手段.如何提高强干扰背景下的紫外极光图像极光卵形态提取精度,目前仍是一个难题.本文提出一种基于深度学习语义分割模型U-net的方法,实现了对极光卵形态的高精度提取.在Polar卫星紫外极光观测数据的实验结果表明,该方法相比于已有算法精度更高,对完整型极光卵和缺口型极光卵图像均能得到更加精确的提取结果,特别是针对强日辉干扰、灰度不均匀和对比度低情况下的紫外极光图像时,该方法显示了明显优势.      

基于混合编码的天文序列图像无损压缩算法

提出了一种将时间和空间双维度预测与混合熵编码结合的图像无损压缩算法,应用于星体定点成像的天文序列图像.时间与空间双维度预测可以消除天文序列图像的时间相关性和空间相关性.混合熵编码融合了高熵编码与低熵编码算法,充分利用预测误差分布的稀疏性,进一步提升压缩效率.针对星体的天文序列图像,该算法首先在时间维度上进行帧间预测,去除时间相关性,再对帧间预测后的图像在空间维度上进行直方图滤波和上下文预测,去除空间相关性,最后将预测误差送入熵编码器进行编码.实验结果表明,本文所提出算法的压缩效果优于JPEG-LS,平均压缩比提升约15%.该算法结构简单,计算复杂度较低,易于硬件实现,适合星载天文图像的无损压缩.      

太赫兹火星大气临边探测仿真研究

对火星大气进行连续高分辨率观测是研究火星大气物理和化学过程的重要手段.太赫兹临边探测技术通过测量火星大气中的风和光化学循环中的重要气体（CO,O₃,H₂O,H₂O₂等）提高对火星的认知.针对火星大气遥感的探测需求,分析了300～1000GHz频段的频谱特征.针对探测卫星对于载荷质量、功耗等参数的要求,提出一个560GHz频段的火星大气太赫兹临边探测仪设计方案,并利用辐射传输模型ARTS中的行星工具箱进行仿真.仿真结果显示:火星大气温度的反演精度优于4K,其中45km高度以下优于2K;H₂O丰度的反演精度在90km以下优于50%,30km以下优于2%;H₂O₂的反演精度在40km以下优于50%;O₃的反演精度在50km以下优于60%;大气风速度的反演精度在65km以上优于5m·s-1,最高可以达到2m·s-1.研究结果表明,利用太赫兹波段的吸收谱线可以很好地探测火星大气中各成分的丰度、变化趋势以及中高层大气的风,可为后续火星表面及大气探测提供参考.      

基于金星共振借力的太阳抵近探测任务轨道设计

对于太阳抵近探测任务,从地球直接发射探测器至太阳附近需要消耗巨大能量,通过多次金星借力飞行,可有效降低地球发射能量C₃及中途变轨的燃料消耗.本文研究基于金星共振借力的太阳抵近探测任务轨道优化设计,建立了连续共振借力和混合共振借力的转移轨道优化设计模型,并针对2025—2028年的发射窗口开展太阳抵近探测任务轨道优化设计.仿真结果表明,相比连续共振借力,混合共振借力可以有效缩短太阳抵近探测任务的轨道转移时间,对于地球发射能量C₃和中途变轨燃料消耗的影响未见明显的规律性,能量降低与序列中的共振比相关.