基于STK的导航星模拟及天文定位选星算法研究

导航星优选是研究天文定位导航的前提。本文结合导航恒星选星对天文定位的影响,研究提出了基于STK软件的导航星模拟方法,并针对空天飞行器对天文观测时的条件约束,结合天文导航定位对导航星的要求,构建了适合不同飞行航迹的导航星库。基于所设计的导航星库,以空天飞行器为应用对象,结合其在轨段飞行轨迹参数,基于STK软件进行了天文导航定位仿真研究。在所设计的飞行器飞行航迹参数及可见星信息条件下,针对空天飞行器长航迹飞行运动特点,设计了3种不同的天文定位观测选星方案,并研究了不同选星方案下的天文导航定位性能。最后通过仿真验证表明所提出的导航星模拟和选星方法能有效满足空天飞行器对天文导航定位的要求。     

“追星”艰难之旅

在上世纪90年代以前,人们主要通过地面天文观测研究小行星,同时还通过对陨落到地面的小行星碎片进行研究,从而得到小行星物质组成和化学成分。而当前,随着人类深空探索的深入,关于小行星的探测也日益增多。美国、欧洲和日本先后发射了多颗小行星探测器。有的甚至实现了小行星表面物质的取样返回。那么,我们是如何使用小行星探测器进行探测的？从地球飞往小行星的“星途”又有怎样的艰难呢？     

The Nonlinear Model of the Response of Airglow to Gravity Waves

In this paper, we develope a time-dependent, nonlinear, photochemical-dynamical 2-D model which is composed of 3 models: dynamical gravity wave model, middle atmospheric photochemical model, and airglow layer photochemical model. We use the model to study the effect of the gravity wave propagation on the airglow layer. The comparison between the effects of the different wavelength gravity wave on the airglow emission distributions is made. When the vertical wavelength of the gravity wave is close to or is shorter than the thickness of the airglow layer, the gravity wave can make complex structure of the airglow layer, such as the double and multi-peak structures of the airglow layers. However, the gravity wave that has long vertical wavelength can make large scale perturbation of the airglow emission distribution.     

一种结合角距特征的改进栅格星图识别算法

针对栅格算法易受邻域星点影响导致误匹配的问题,提出了一种结合角距特征的改进栅格星图识别算法。首先介绍了改进栅格算法的原理,其次设计了融合栅格识别模式和星角距识别模式的算法实现流程,最后开展了基于不同视角下的大视场仿真星图的算法试验验证和性能分析。结果表明,由于角距特征具有旋转不变性和不易受观测星邻域星点分布影响等特点,结合角距特征对失效观测星进行再匹配的改进栅格算法,在兼顾存储量需求小、运行速度快等优势的同时,识别率和鲁棒性也得到了提升,最高识别率可达98.88%,在位置噪声干扰以及缺失星干扰下,改进算法的识别率仍可保持在95%,说明算法鲁棒性强,具有较好的应用前景。     

基于长椭球面波函数去卷积方法的高动态范围太阳射电成像

利用综合孔径射电望远镜对太阳进行观测时，通过对图像中存在的明亮扩展源进行准确建模并移除，可以更好地观测视场内的微弱源并提高图像的动态范围。在射电天文领域，主要利用CLEAN算法对图像中的明亮源进行移除，以显示微弱的背景。然而，使用图像像素作为基函数的CLEAN算法的固有限制导致其对扩展源的建模效果较差。为了克服这种限制，将基于长椭球面波函数（Prolate Spheroidal Wave Functions,PSWF）的去卷积方法应用于太阳射电成像。PSWF最优正交基由脏图中的感兴趣区域（Region of Interest,ROI）和UV覆盖共同决定。为了验证该方法的有效性，基于PSWF正交基对均匀圆环阵观测的太阳射电图像进行去卷积，并从动态范围和保真度两个方面定量化对比了CLEAN算法和基于PSWF正交基方法的性能。基于PSWF正交基去卷积方法剩余脏图中的微弱源更接近真实情况且动态范围更高。     

轻量化大面积嵌套聚焦型X射线望远镜

嵌套聚焦型X射线望远镜在脉冲星自主导航、X射线天文学等领域有广泛的应用需求。论文开展了紧凑型、大面积、嵌套聚焦型X射线望远镜的光学优化设计，成功探索出基于轻质平面玻璃的X射线掠入射反射镜热成型、镜面精密切割、嵌套同轴共焦装配等工艺流程，研制了一款轻量化、大面积、嵌套聚焦型X射线望远镜(NFXT)。NFXT镜面轴向长度300 mm，厚度0.3 mm，镜面溅射Ir金属膜，膜层厚度300 nm，镜面粗糙度优于0.3 nm(rms)。NFXT共计11层嵌套，每层圆周向等分3个扇区，内8层镜面为近似抛物面的锥形镜，外3层为抛物面镜，11层镜面同轴共焦装配。NFXT净几何面积175 cm²，有效探测面积130 cm²@1.5 keV，轴上视场聚焦光斑半径0.85 mm(EoE=50%)，包络尺寸(直径×高度)为200 mm×326 mm，能谱响应范围0.2～12 keV，后工作距1300 mm，重量4.25 kg。NFXT技术突破，为国内开展脉冲星导航试验验证，以及研制先进的X射线天文卫星提供关键技术支撑。     

超额订购下天文卫星短期任务的聚类规划方法（英文）

当用户的观测需求超过卫星的观测能力时，天文卫星的任务规划就成为一个超额订购的问题。对于该问题，设计了一个包含聚类阶段和短期任务规划阶段的框架。首先建立了任务聚类模型，用于减少超额订购任务的规模。其次，使用聚类的结果作为输入，建立了短期任务规划的数学模型。最后，提出了一种自适应混合搜索策略的人工蜂群算法，在基本人工蜂群算法中引入了自适应精英全局-局部搜索策略和自适应变邻域最优搜索策略，以求解聚类和短期规划问题。所提出的算法在实验中表现出更好的寻优能力和更快的收敛速度。此外，它还有效地减少了聚类阶段的任务数量，提高了短期任务规划阶段的任务完成度。     

高温超导滤波器在电磁抗干扰中的技术和应用

滤波器作为通信系统射频前端的关键部件,其性能举足轻重。在射电天文观测的频段,高温超导薄膜材料的表面电阻比普通金属材料低至少两个数量级，因此，采用高温超导材料能够设计并加工出性能卓越的射频滤波器。特别是射电天文望远镜对电磁抗干扰的实际需求越来越迫切,使得具有电磁抗干扰能力的陷波滤波器的研究备受关注。研究团队长期从事该领域的研究,并已取得一些研究成果。文章从不同谐振器结构类型以及频率特性等方面，介绍了研究团队在该领域的研究和设计工作，以及在射电天文电磁抗干扰中发挥的作用。     

短波红外全天时自主天文导航技术展望

基于2微米全天巡天（2MASS）短波红外巡天点源星表,分别从白天可探测恒星分布、天空背景辐射与大气传输、传感器性能和光学系统视场大小等方面,分析了短波红外波段相对于可见光波段,在大气层内白天观星实现全天时天文导航的优势,并展望了其发展方向。     

空间低频射电天文天线材质-观测性能分析

15MHz以下的射电天文信号由于受到电离层的阻挡只能通过空间卫星平台进行观测。采用空间展开的电小天线是目前普遍的做法。就电小天线的材质-接收性能方面进行分析，构建了基于材质磁导率、电导率对后端接收机噪声影响模型。通过计算结果比对和就天线材质空间展开难易程度的综合考虑，归纳总结了不同材质对空间低频射电天文观测噪声影响以及展开难度，为新天线的研制提供了数据依据。该项工作将为下一步L1点空间天气监测卫星中的太阳射电观测载荷提供技术支持。