纳卫星激光反射器光机设计及激光测距分析

针对我国首个大气密度探测纳卫星高精度测轨应用需求,设计了重量约112g、有效反射面积大于1cm2、外形尺寸为Φ96mm×20mm的轻型八棱台结构被动型激光反射器,作为无功耗载荷应用于纳卫星激光精密测轨,解决了纳卫星高精度独立测轨和外部轨道精确标定问题。利用地面激光测距台站开展卫星跟踪和精密测量,提供亚厘米级精度的激光测量数据。根据激光雷达测距方程及地面测距系统参数,分析了纳卫星激光回波信号强度,以及激光观测数据精度。测量结果表明,纳卫星激光反射器设计结果与实测数据相符,测距数据精度达8~9mm,可以满足纳卫星高精度激光测距要求,并支持卫星精密定轨及大气密度探测科学任务。     

多波段拉曼-荧光激光雷达系统可用于雾霾探测

正近日,兰州大学教授黄建平带领科研团队研制出我国首个多波段拉曼-荧光激光雷达系统。该系统不仅可用于大气雾霾探测的研究及预警,还可用于卫星数据校正、气象观测等领域。"多波段拉曼-荧光激光雷达系统用高功率激光器向天空同时发射三束激光,也就是三个波段。紫外激光与大气颗粒物作用之后,就会释放出荧光,利用大口径的望远镜接收被大气反射回来的信号,共有38个波段。黄建平     

基于星载加速度计反演载人航天轨道大气密度

热层大气密度直接影响低轨道航天器的精密定轨,热层大气密度模型的误差是影响载人航天定轨精度的关键因素。选取400km为载人航天轨道的代表高度,利用CHAMP卫星数据修正热层大气密度模型,进而反演得到2002年的热层大气密度,统计其中长期变化特征,并分析大气密度与太阳活动和地磁活动的关系,得出热层大气密度与两种指数的总体变化趋势一致的结论,且地磁活动与大气密度的相关性更好。同时将大气密度的反演值与神舟三号飞船的实测密度值进行对比,结果显示二者有较好的一致性,其平均残差和均方根误差分别为0．03和0．24,并且地磁平静期的误差明显小于磁暴期。结果表明,利用星载加速度计数据反演载人航天轨道大气密度是一种有效的方法。     

基于铯原子3011nm红外激光的泵浦方案分析

为了分析铯原子3011 nm红外激光能级分布的特点,建立能级跃迁的密度矩阵方程,并采用数值计算方法进行求解,研究出两种泵浦方案下布居几率随不同泵浦激光拉比频率的变化.计算结果对产生高功率铯原子3011 nm红外激光而选择合适的泵浦能级、泵浦光强度具有一定参考意义.     

不同大气稳定度下台风"莫拉克"(2009)的近地风场特性

为了探究台风影响期间不同大气稳定度条件对近地层风场特性的影响,基于2009年台风"莫拉克"移动路径上的三座测风塔测得的高频三维风速时程,分析了台风影响期间中性、稳定、不稳定三种大气层结状况的分布频率,以及不同稳定度条件下近地层平均风场特性(平均风速和风向)和脉动风场特性(湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和脉动风速谱).研究结果表明,台风外围雨带区影响期间非中性层结发生概率约44％;在非中性层结影响下,平均风速出现频率最高的区间(10～12?m/s,14～16?m/s)不同于中性层结(12～14?m/s),且湍流强度最高频数分布较为集中(8％～10％);验证von-Karman谱描述不同大气稳定度下台风脉动风速谱的适用性,发现该经验谱对中性层结下的风速谱刻画较好,对非中性层结下的风速谱存在低频段高估、高频段低估谱能量的现象.进行工程结构抗风设计时,需注意非中性大气层结对风速、湍流强度、脉动风速谱等与结构风荷载确定密切相关的参数的影响.     

大气密度模型用于近地卫星定轨预报的比较

大气阻力是低轨卫星主要的摄动力,与高层大气密度的变化密切相关。由于目前对高层大气密度变化的机制尚未完全掌握,所使用的各种大气密度模型多属于半经验公式。在这些模型中并没有一种在任何情况下都是最好的,因此,对于特定轨道选择合适的大气密度模型对提高定轨预报的精度是非常重要的。通过对资源2号卫星实测GPS数据的分析计算,比较了常用的8种大气密度模型的定轨预报精度,探讨了预报24h应采用的定轨数据长度和大气密度模型。     

聚焦脉冲激光大气传输热晕效应的数值分析

利用激光大气传输四维程序对序列脉冲激光大气传输热晕效应进行了数值计算和分析。对于均匀大气路径上聚焦传输序列脉冲激光进行数值仿真计算得到,风场渡越时间内的脉冲数Np在2~6之间有利于传输;然后对实际大气模式下序列脉冲激光进行了数值计算,得到的平均脉冲数-NP可以在一定条件下对序列脉冲激光进行定量表征的结论。     

基于大气传输软件激光透过率对比研究

简要地归纳了目前比较通用的大气传输软件LOWTRAN7、MODTRAN和FASCODE的概况和异同,分析了大气透过率的计算和激光武器选用的波长,比较了激光传输衰减和能见度的关系,重点研究对比了用LOWTRAN7和FASCODE计算1．06μm和10．6μm激光的透过率,并得出了结论。     

用于SERF陀螺仪的半导体激光器自动稳频技术

半导体激光器自动稳频技术广泛应用于光纤传感、激光雷达和量子精密测量等领域,针对无自旋交换弛豫(Spin Exchange Relaxation Free, SERF)陀螺仪对激光频率长期稳定性的需求,采用了激光饱和吸收稳频技术,并提出了激光频率快速自动回锁方法,研制了用于分布式布拉格反射(Distributed Bragg Reflector, DBR)激光器频率稳定控制系统。实验结果表明：激光频率1h的漂移量为308kHz,平均采样时间128s时的Allan方差达到8.133×10^-11,激光频率失锁后可在0.5s内自动回锁,激光频率能够长期保持锁定状态,为SERF陀螺仪的长期稳定运行奠定了基础。     

中航工业成功研制光纤飞秒激光器 技术国内领先

<正>近日,中航工业飞秒激光课题组成功研制1.03μm掺镱光纤飞秒激光器和1.55μm掺铒光纤飞秒激光器。这标志着计量所在腔内色散补偿光纤激光技术方面达到了国内领先水平,也为实现小型化便携式的飞秒激光频率梳奠定了良好的开端基础。以光纤飞秒激光频率梳为核心的精密光谱源标准装置的建立,不仅为我国国防、军事等领域广泛应用的红外激光源提供精密的校准测试服务,而且为将来便携式激光跟踪仪、小型化激光雷达等高新武器提供更精密的激光源。此外,光纤激光频率梳的研究还可改进     

气室无磁加热结构研究进展与展望

碱金属气室是原子陀螺、原子磁强计和原子钟等原子测量仪器的核心部件.原子密度主要受加热温度的影响,高均匀性、高稳定性的气室加热结构是保证碱金属原子密度稳定的关键技术,对提升原子测量仪器输出信号的灵敏度至关重要.回顾了目前常用的碱金属气室加热方法,针对加热层、传热层、保温层等组件,梳理和总结了碱金属气室加热结构的发展方向和...     

激光光船周围连续/稀薄混合流场的数值模拟

当火箭模式激光推进器在高空稀薄大气中飞行时,需要在激光聚焦区附近喷射稠密气体工质,从而利用激光聚焦击穿气体工质形成等离子体,为光船提供推力。为了分析该光船的推力产生过程,采用连续流体力学计算方法(CFD)和直接数值模拟蒙特卡洛方法(DSMC)耦合的混合算法,数值模拟飞行高度为80 km飞行马赫数为5的激光光船周围高温连续气体和稀薄环境大气耦合的非定常混合流场,并得到推力随时间的演化曲线。结果表明,稀薄效应明显增加了激波厚度,高温效应延迟了推力的产生,并导致冲量耦合系数和比冲的降低。     

大气紊流对空中加油软管锥套运动的影响

为研究大气紊流对软管锥套运动的影响,将空中加油软管质点离散化,从软管、稳定伞空间受力出发,建立了软管锥套的动力学模型,并对其运动进行了仿真计算和分析。仿真结果表明,在晴空大气紊流作用下,锥套会产生高频振荡。高度一定时,大气紊流对软管锥套运动的影响随加油机速度的增大而减小;真速一定,加油机高度小于11 km时,锥套运动幅值和高度没有单一的线性关系,当高度大于11 km后,锥套运动幅值随高度的增加而减小;表速一定时,大气紊流对软管锥套运动的影响随加油机高度的增大而减小。     

大气吸气模式激光推进的实验研究

激光推进是一种新概念推进技术,在未来航天事业中将有重要的应用前景。利用高重复频率高功率TEA-CO₂脉冲激光器进行了抛物形飞行器的水平和垂直激光推进实验,实现了大气模式的激光垂直推进,飞行高度超过了1m。实验测定了多种工作状况下光脉冲能量转变为飞行器动量的推进效能,测得的光能－冲量耦合系数C_m达到27.7dyne·s/J,与国外文献报道相当。     

利用行星大气制动形成环绕型目标轨道的耗时问题

为了研究利用行星大气制动形成环绕型目标轨道时,大气制动"主过程"需要的时间与卫星面质比、近星点允许的最大气动压力、行星大气密度标高等参数的关系,在维持近星点气动压力为常数的轨道控制策略下,采用近似方法构造了大气制动需要的时间与这些参数之间关系的分析表达式,并以火星大气制动为例,通过数值仿真验证了分析表达式的正确性。研究表明,大气制动需要的时间与卫星面质比和大气制动时近心点的气动压力之间有近似的反比关系,这一关系可以作为利用大气制动形成探测器目标轨道的设计依据。当然,在具体工程任务实现中,还需要考虑这种大气制动作用所涉及到的另一些制约因素。     

高空强爆炸早期火球参量分布的数值研究

为评估强爆炸的毁伤效应,采用二维柱对称辐射流体力学方程组,数值研究了40km～60km高度的非均匀大气环境对1Mt强爆炸早期火球内部物理参量分布的影响。结果表明:在强爆炸早期,非均匀大气使得火球内部密度、压力上小下大,但温度分布基本对称均匀;随着爆高增加,相同时间内火球内部温度、压力下降,温度分布更为均匀,密度变化趋缓。     

利用经验正交函数分解的大气密度模式校准方法

热层大气密度产生的阻力是作用在低轨航天器上最大的非引力摄动,现有大气密度模式存在15%~20%的偏差,难以满足空间任务应用需要。采用NRLMSISE-00模式作为密度参考标准,通过修正Jacchia-Roberts经验大气模式温度参数校准密度,建立温度修正量与密度的参数方程。针对部分区域修正量迭代计算发散问题,采用改进高斯牛顿迭代法求解方程。选择经验正交函数（EOF）分解方法分析修正量的时空特征,并与传统球谐（SH）分析的结果进行比较。结果表明,前4阶EOF基函数与前9项球谐基函数分别可提取温度修正量超过85%与80%的变化特征,EOF分解方法对温度修正量的表示效率高于球谐分析方法。第1阶EOF基函数反映了温度参数的整体偏差,第2~4阶EOF基函数对应的时间系数表明温度修正量的变化具有天周期性,且球谐分析得到的时间系数同样具有天周期性的特点。利用前4阶EOF基函数和前9项球谐基函数重构的温度修正量校准Jacchia-Roberts模式,校准后的模式密度偏差分别下降了9.06%与5.37%,表明EOF分解方法与传统球谐分析方法相比,能够更有效地修正温度参数,改进模式精度。     

弹性飞行器对大气紊流的动力响应计算

本文采用功率谱密度技术,分别从频域模型和时域状态空间模型给出了弹性飞行器对大气紊流动力响应计算方法,并通过实例计算,说明大气紊流对弹性飞行器的影响.     

机载激光测速技术在大气数据校准领域的应用研究

在分析准确大气数据重要性及传统校准方法局限性的基础上,本文研究建立了基于机载激光测速的大气数据校准方法,涵盖了静压、空速、马赫数、温度、迎角和侧滑角等参数;总结了国外相关研究项目与验证成果;研究了国内试验条件建设需求,展望了机载激光测速技术未来在飞行试验及航线运营等领域的应用及发展。本文对后续开展相关研究具有一定的参考价值。     

激光对红外制导反舰导弹的干扰与损伤分析

计算了激光斜程传输时的大气透过率,研究了激光对光电探测器的干扰和破坏。以1.06μm激光辐照PV型HgCdTe红外探测器为例,估算了对远距离红外制导反舰导弹实现有效干扰所需发射的激光能量,从理论上证明了低能量激光对红外制导反舰导弹的干扰与损伤的可行性。