用于金属磁微量能计信号读出的两级SQUID放大电路研究

金属磁微量能计(Metallic Magnetic Calorimeter,MMC)是一种具有极高能量分辨率的低温光子探测器。它通过顺磁材料磁化率在低温下随温度急剧变化的特性来实现对光子能量的精确测量。金属磁微量能计通常使用超导量子干涉器进行信号读出。研究介绍了一种用于金属磁微量能计信号读出的两级超导量子干涉器电路。初级放大器的设计采用了二阶梯度计构型,测试结果显示该设计方案有效的抑制了环境噪声的干扰。在液氦温度下,两级放大电路在磁通锁定环模式下实现了27400 V/A的跨阻增益,白噪声水平达到11.5 pA/Hz^(1/2)。     

磁场计量与测试系统

提出了一整套中强磁场和弱磁场的计量与测试系统，利用原了核磁在外磁场中的塞曼效应制成的核磁共振磁强计，可以测量１×１０＾－３Ｔ到十几特斯拉的中强磁场，不确定度高达１０＾－９－１０＾－１０，利用霍尔效应制成的高斯计，不确定定度为１０＾－２－－＾１０－３，其价格低廉，使用方便，可适用于计量准确度要求不太高的小范围内的磁场，利用超声技术发展起来的超量子干涉器件（ＳＱＵＩＤ）能分辩０＾－１５Ｔ的超弱磁场和单     

星载InSAR空间基线指向优化与设计

分布式卫星SAR系统是近年来受到广泛重视的一种新的雷达成像手段,其中分布式InSAR充分利用编队星座卫星间构成的空间基线进行干涉测高,从而实现立体成像.在InSAR系统设计中,解决好编队星座的设计问题是实现高性能成像的前提和保证,合理的星座构形设计有助于提高测高精度,从而获得高品质的雷达成像效果.从InSAR测高精度分析结果入手,由飞行力学角度阐述星间相对运动对测高精度产生的影响,并基于分析结果给出了一种有别于现有星座的特色编队构形,并对其性能进行了初步分析.      

基于全相位FFT的感应式磁力仪频谱校正方法研究

基于法拉第电磁感应定律的感应式磁力仪是用于测量低频磁场的空间探测仪器,常具有在轨FFT频谱分析功能,直接获得波动磁场的频率及幅度等信息.利用FFT方法对截断信号进行计算时,整周期采样会产生频谱泄露和栅栏效应,频谱信息产生偏差,而影响实时监测磁场变化的准确性.全相位FFT与常规FFT相比,有相位不变性和良好的抑制频谱泄露能力.采用基于全相位FFT的时移相位差方法(apFFT/apFFT)校正在研的某卫星感应式磁力仪直接采集的波形数据.仿真和实验结果表明,apFFT/apFFT方法可有效提高感应式磁力仪低频磁场测量的频谱准确性.研究工作为提高感应式磁力仪科学数据的应用水平奠定了基础,为下一代星载感应式磁力仪在轨频谱分析提供了一种可能的新方法.      

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。      

量子点在量子领域的应用展望

量子点是一种新型半导体纳米晶体,作为一种新兴的光电活性材料,可以实现光电转化,具有亮度高、斯托克位移大、吸收光谱宽、摩尔消光系数高、量子产率高、光稳定性好、荧光寿命长等特点。同时,最初量子点概念的提出和成功制备也对量子限域效应的认知提供了一定的帮助。量子点的尺寸在纳米量级范围内,尺寸限域产生了量子限域效应、宏观量子隧道效应、尺寸效应和表面效应,使其具有了独特的性能。随着对量子点的不断深入研究,其在非线形光学、磁介质、催化、医药、功能材料、生命科学和信息技术等领域的应用逐渐开拓,其在量子密钥分发、量子计量学和量子信息处理等应用领域的研究工作也逐渐提上日程。     

部分可观Petri网故障的量子贝叶斯诊断

针对故障本身构建量子贝叶斯Petri网模型算法,并利用该子网模型进行Petri网系统故障分析。对于部分可观Petri网模型中的不可观故障,根据可达标识图分析变迁点火路径不能判断系统状态,建立量子贝叶斯子网模型,通过不确定路径引起的量子干涉重新标定变迁的条件概率表得到量子概率振幅表。根据故障变迁的前置集合并结合量子贝叶斯推理计算变迁触发的先验概率,由后置集合中的可观变迁修正后验概率,由最大后验概率估计系统所处状态,当故障变迁不唯一时,选取最大概率的故障作为故障源。以实际故障系统建立部分可观Petri网模型,结合可观标签概率序列信息和量子贝叶斯概率估计,对系统不可观部分进行故障诊断验证算法的有效性。      

基于量子纠缠的空间信息传输系统研究

量子通信是一种无条件安全的信息传输方式. 提出了一种基于量子纠缠的空间信息系统. 该系统以平流层平台和地球同步卫星为量子中继站, 分发纠缠光子对. 利用量子纠缠在发信者与收信者之间建立通信链路, 使用量子隐形传态进行量子信息传输. 讨论了该空间信息系统的特性, 并对其信息传输性能进行了数值分析. 结果表明该系统能够安全有效地传输空间信息.      

重力卫星星间高精度测距技术研究

卫卫跟踪(SST)技术是当前地球重力场测量最有价值和应用前景的方法之一.高精度星间测距系统是低低卫卫跟踪(SST-ll)重力卫星的关键有效载荷.GRACE卫星携带的K波段测距系统(KBR K Band Ranging System)是一微米量级的测距系统,通过处理高精度的星间距离和距离变化率数据,可以恢复出地球重力场.GRACE后续计划又提出了一种更高精度的激光干涉测距系统.在研究KBR及激光干涉测距系统测量原理的基础上,提出了一种KBR系统的基本结构,详细分析了两种测距系统的关键技术及国内目前的研究水平,提出了我国开展星间测距系统研究的一些建议.      

一种干涉SAR复图像数据的快速仿真方法

为了给干涉测高算法提供具有先验知识的干涉数据,进行算法的定量可控误差分析,以完成算法性能的定量评估,针对干涉SAR(合成孔径雷达)数据仿真进行了深入的研究.考虑多种因素,推导出用于干涉SAR仿真的一种仿真模型,能快速完成干涉SAR面目标复图像的仿真;并提出迭代插值算法反推雷达斜距,既很好地去除了干涉SAR仿真中的奇异点效应,又提高了仿真速度.能够为图像配准、相位解缠产生数据源,也可进行基线估计.计算机仿真结果表明,新仿真模型具有快捷、灵活、多功能性,迭代插值算法也具有快速准确性.     

地磁测量卫星的矢量磁场在轨标定算法仿真

以SWARM为代表的高精度地磁测量卫星对地球磁场探测精度经过标定之后优于0.5 nT,对于开展地磁科学研究具有重要意义。地磁测量卫星通过安装在伸展杆上的矢量磁通门磁强计、标量磁强计和高精度星敏感器,获取测量方向的惯性空间姿态的地磁信息,其中高精度标量磁强计主要用于对磁通门矢量磁强计进行标定。针对地磁测量卫星,研究了矢量磁强计在轨测量误差的校正方法。考虑到矢量磁强计非正交角、标度因子以及偏差的影响,建立磁场矢量线性输出模型;结合标量磁强计的测量值分别设计基于小量近似的线性校正算法和基于参数辨识更新的非线性校正算法;校验两种算法的标定精度,并通过Tukey权重函数改善算法的鲁棒性。仿真结果表明,两种算法校正结果相似,磁场三轴误差可校正至0.5 nT以内,在标量磁强计存在异常值时仍具有较好的校正效果。      

基于矢量磁强计的磁场梯度张量仪误差校正方法

卫星在轨运行时,本体会产生一定的磁干扰,一般通过伸杆将传感器远离卫星本体安装,或者通过多个磁场传感器测量磁场梯度的方法来消除卫星本体的磁干扰.使用磁场梯度张量仪测量磁场梯度时,张量仪本身的构型会给测量带来误差.通过对5种主要的张量仪构型进行误差仿真,对比5种构型的张量测量误差,发现十字形构型张量仪的测量误差最小.除了构型带来的误差,张量仪的主要测量误差还包括组成张量仪的三轴磁强计本身的误差和非对准误差.本文使用椭球拟合算法对磁强计本身的误差进行校正,校正后磁强计测量总场的均方根误差为0.864nT.针对张量仪的非对准误差,提出了正交系间非对准误差的校正方法.仿真结果表明,校正后的非对准角度误差≤3.2×10-5 rad,能够很好地降低张量仪的非对准误差.      

基于铁基纳米晶带巨磁阻抗效应的磁强计设计

基于巨磁阻抗效应(GMI)的磁强计是近年来磁强计研究领域的热点. 相比其他类型磁强计, GMI磁强计具有微型化、高灵敏度、快速响应、高温度 稳定性和低功耗的优点. 本文以铁基纳米晶带材为敏感材料, 设计并实现了GMI 磁强计传感器与后续信号处理电路, 组成一台GMI磁强计. 实验结果表明, 该磁 强计在-25000~25000nT量程内灵敏度为0.176mV·nT-1, 满足实际弱磁场测量要求, 并且具有体积小及功耗低的特点, 有望应用于空间 探测等磁测量领域.      

电磁监测试验卫星矢量磁场探测方法

电磁监测试验卫星是中国第一颗近地轨道电磁场科学探测试验卫星, 探测空间背景磁场是其重要任务之一. 空间背景磁场探测需要在卫星平台上对空间矢量磁场进行长期稳定准确探测, 电磁监测试验卫星采用磁通门磁强计和基于CPT效应的绝对磁场校准装置(Coupled Dark State Magnetometer, CDSM)分别探测空间相对矢量磁场以及绝对标量磁场, 通过数据处理, 使最终的矢量磁场探测数据具有准确性. 这种数据处理方法在理想模型下拥有解析解, 实施过程中载荷的噪声、 准确度及稳定性影响模型的准确性, 会产生数据校准误差. 通过对在轨磁场探测的模拟确定了这种数据处理方法的性能, 验证了在载荷设计性能的基础上电磁监测试验卫星的磁场探测可以实现1 nT的准确度.      

产生匀强磁场的圆柱形线圈组设计方法

在精密测量和航空航天领域,原子陀螺仪、原子磁强计等对线圈产生磁场的均匀度有很高的要求,而传统的亥姆霍兹线圈磁场均匀度较差,难以满足应用需求。为了设计产生高均匀度磁场的线圈组,基于线圈轴向磁场的泰勒展开式,提出了任意线圈数的圆柱形线圈组参数的计算方法,并给出了9线圈以内的线圈参数,分析了磁场均匀度、线圈尺寸、线圈最大安匝比随线圈个数的变化趋势。结果表明随着线圈个数的增加,均匀区面积几乎线性增大,9线圈组磁场均匀度优于0.01%的区域面积约为亥姆霍兹线圈的30倍。在要求各个线圈由整数匝线圈组成且各匝线圈电流相同的情况下,提出了一种线圈安匝比取整的方法,并给出2~9线圈组的安匝比取整结果,计算结果表明相同线圈个数下设计的线圈组产生磁场的均匀度优于已有文献。以5线圈组为例,对实际线圈组制作工艺产生的误差进行了仿真分析,仿真结果表明,考虑误差的情况下,设计的尺寸和磁场也满足原子陀螺仪、原子磁强计等的实际要求。      

一种基于两级EKF的9D-MIMU/GPS微型无人机组合导航系统的鲁棒性设计

本文提出了一种基于两级EKF的9D-MIMU/GPS微型无人机组合导航系统的鲁棒性设计,针对磁强计在低成本微型无人机上应用时容易受到外界干扰,并影响导航系统其它状态量的准确估计的问题,解决了磁强计本身的制造误差、外界硬铁误差、软铁误差以及磁倾角等对导航系统的影响。实验表明,本文的设计能够有效校正磁强计原始测量数据中所包含的误差,并达到与商业导航模块相近的导航状态估计精度。     

基于绝对磁场测量的磁通门磁强计在轨标定方法

卫星在轨进行磁场测绘及监测时,需要高精度的磁场值,但由于磁通门磁强计三轴非正交性以及零点漂移所引起的误差大大降低了磁强计的测量精度,因而有必要对此进行校正.本文利用绝对标量磁强计,采用一种改进的最小二乘标定算法,通过不断迭代实现对磁通门三轴正交性和零点漂移的修正.结果表明,在考虑了磁强计本身噪声水平的实际情况下,磁通门磁强计的误差可由100nT左右修正到0.2nT以内.该算法为卫星在轨高精度磁场测量提供了一种可行的方法.      

用于铯光泵磁强计的无磁恒温控制系统设计

针对铯光泵磁强计对原子气室温度高稳定性及无磁干扰的要求，设计了一种用于铯光泵磁强计的无磁恒温控制系统。该系统主要包括无磁加热器件与无磁恒温控制电路。无磁加热器件采用微机电系统工艺的双层对称四线结构，可有效抑制电流产生的磁场；无磁恒温控制电路通过交流加热进一步减小恒定磁场干扰，以现场可编程门阵列为核心，使用直接数字式频率合成技术产生高频加热信号，再经功率放大进行无磁恒温控制，减少硬件电路资源。测试结果表明，气室恒温控制的温度噪声峰峰值可达到0.02 ℃，满足光泵磁强计的性能要求。     

磁通门磁强计在深空探测中的应用

磁场测量是深空探测的重要任务之一,通过磁场可以遥感行星内部、研究行星演化历史、认知太阳系天体空间环境。基于法拉第电磁感应原理的磁通门磁强计,因空间适应性强、技术成熟度高、可靠性高等特点,是深空磁场测量最为常用的载荷。简要描述了磁通门磁强计的基本测量原理,探讨了地面和在轨标定的原理和实施方法,并介绍了磁强计在空间任务中的应用方式。目前,我国已经具备了星载高精度磁通门磁强计的研制能力。在不久的将来,磁通门磁强计有望在深空探测任务中发挥重要作用。