星间链路联合磁测约束的低轨星座自主导航

为解决星座仅依靠星间链路测量进行自主导航时的整体旋转和漂移问题,提出一种星间链路联合磁测约束的低轨星座自主导航方法.通过星间观测相机和磁强计,获得同轨道相邻卫星视线矢量与地磁场方向之间的角距和地磁场模值,为低轨星座引入空间基准信息.在非秩亏性分析的基础上,分别建立状态方程和量测方程,利用扩展卡尔曼滤波方法进行整星座的最优状态估计.仿真结果表明,星座卫星自主导航位置精度优于20m,速度精度优于0.05m·s^-1,自主导航运行时间维持180天,能够满足低轨卫星星座自主导航的应用需求.     

太赫兹大气临边探测仪遥感中高层大气风仿真

太赫兹大气临边探测仪（TALIS）是中国正在预研的第一台THz频段的临边探测仪,主要用于高精度、高分辨率的大气遥感测量.TALIS的观测目标主要包括大气温度、大气压强、大气成分（例如H₂O,O₃,HCl,ClO,N₂O,HNO₃等）的垂直分布以及长期变化趋势.由于TALIS的频段覆盖了许多重要的吸收谱线,其观测数据中包含大气风的多普勒信息,因此可以用于反演中高层风的廓线.本文针对TALIS视线多普勒风的观测进行仿真,利用辐射传输模型（ARTS）评估了TALIS测风的潜力和相应的反演精度.结果表明,TALIS的118GHz谱仪具有较好的测量精度,在70km处的精度为12m·s^-1.183GHz,633GHz和658GHz谱仪也有一定的测量信息,反演精度分别为19m·s^-1（60km）,19m·s^-1（50km）,16m·s^-1（50km）.TALIS有一个候选的测风谱仪位于655GHz频段,其在55km处的反演精度为11m·s^-1.此外,虽然降低谱分辨率能有效提高系统灵敏度,但并不能提高反演精度,需要通过降低系统噪声来提高测风的精度.     

艇载声波测量临近空间风场可行性分析

提出一种临近空间艇载原位测量大气风场的新方法,该方法利用声波传播时延差测量临近空间大气风场.介绍了该方法的原理,分析了测风误差来源和测风精度.通过分析声波在临近空间高度的衰减,对信号载波频率和传播距离进行了选择,并对不同信噪比条件下声波时延估计精度进行了仿真分析.结果表明：在临近空间20~50km高度,传播距离为2~5m,距离测量精度为1mm,平台测速精度为0.1m·s^-1,信噪比优于-2dB条件下,时延估计精度优于1μs,利用该方法测风精度能达到0.2m·s^-1的较高水平.     

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.     

基于树模型机器学习方法的GNSS-R海面风速反演

GNSS-R是基于GNSS卫星反射信号的一种新技术.GNSS-R技术可以运用到海面风场反演中,传统的GNSS-R技术反演海面风场主要有波形匹配和经验函数两种方法,风速反演精度约为2m·s^-1.波形匹配方法耗时多,计算量大;经验函数方法通常只使用少量物理观测量,会造成信息浪费,损失一定的反演精度.为了提高海面风速的反演精度,引入机器学习领域常用的树模型算法决策树、随机森林、GBDT等对海面风速进行预测.利用GNSS-R与ECMWF数据构成训练集和验证集,训练集用于模型学习,验证集用于检验模型的反演效果.实验结果显示,决策树和随机森林预测误差约为0.6m·s^-1,GBDT等算法的预测误差约为2m·s^-1,满足风速反演要求.与GNSS-R传统反演方法相比,机器学习树模型算法效果更好,在验证集上表现稳定且误差较小.因此,可以将机器学习树模型算法运用到海面风速反演中.     

基于北斗三号导航系统的卫星定位技术

对北斗三号体制下的传输链路、接收门限进行理论分析,得出捕获算法采用4次非相干累加,可以使捕获灵敏度达到-130 dBm,同时实现定位时间小于5 min的综合较优结果.接着以低轨太阳同步轨道卫星为例,利用STK建模进行全轨道周期仿真,结果显示全程收星数超过4颗,定位精度达到2.59 m,速度误差为0.00378 m/s....     

卫星观测台风重力波数值模拟与直接对比验证

以ECMWF的T799资料作为WRF-ARW（V3.5）初始场,对卫星高光谱红外大气垂直探测器AIRS观测的2013年超强台风苏力激发平流层重力波过程进行数值模拟,并利用卫星观测对数值模拟结果进行了直接对比验证.数值模拟表明,该台风诱发的重力波在20~40km高度逆着东风背景流向东向上传播,在水平方向呈半圆弧状;大气的垂直扰动随着高度的增加而增强,在40km高度上达到0.5m·s^-1.基于三维傅里叶变换的波谱分析表明,平流层重力波水平波长中心值在500km附近,周期为3~5h,垂直波长主要为10~26km.分析表明,在18~40km高度的净纬向动量通量为6.7×10^-4~1.89×10^-3Pa,背景流强迫计算值为-0.23~1.21m·s^-1·d^-1,且在18km和40km高度的数值较大.最后,基于辐射传输模式计算的直接对比表明,卫星观测与数值模拟同时揭示了激发的平流层波动可传至40km以上高度及距台风中心2000km以外的区域,且不同资料得到的波动形态、方位以及水平尺度具有较好的一致性.     

2009年2月13日EUV波现象数值研究

结合STEREO卫星的观测和三维磁流体力学数值模拟方法, 采用WSO (Wilcox Solar Observatory)磁场数据和势场源表面模型建立日冕初始磁场, 并在日面活动区加上时变的压强扰动, 对2009年2月13日05:35UT爆发的CME-EUV波(Coronal Mass Ejections-Extreme Ultraviolet wave, 日冕物质抛射-远紫外波)事件进行研究. 从COR1/STEREO-A图像判断, 此次CME前沿速度约340km·s^-1, 角宽度约60°; 分析EUVI/STEREO-B 195 Å的差分图像, 可以看到, 环形亮环波前从活动区向四周传播, 亮环波前后面是日冕暗化区, 取四个方向的波前位置进行线性拟合可知, 该EUV波速度为247km·s^-1, 数值模拟得到的EUV波速度为245km·s^-1, 将计算结果采用IDL可视化后可以看到明显的亮环和暗区结构, 数值模拟结果与卫星观测相一致, 表明该EUV波现象是快磁声波.     

LEO-LEO掩星事件持续时间及卫星间相对角速度仿真分析

通过对LEO-LEO掩星事件仿真,分析卫星轨道参数对掩星事件持续时间和卫星间相对角速度的影响.结果表明：对掩星事件持续时间影响较大的LEO-LEO卫星轨道参数依次为轨道倾角、升交点赤经、轨道高度,近地点角距对掩星事件持续时间影响不大;LEO-LEO卫星轨道倾角互补时,掩星事件持续时间最短,为98s;两颗LEO卫星轨道倾角之和或者升交点赤经之差在120°-240°范围内,掩星持续时间约100~150s;两颗LEO卫星轨道越高,掩星持续时间越短;掩星发生时,LEO卫星间水平方向相对角速度最大值约为0.14（°）·^-1,俯仰方向相对角速度最大值约为0.078（°）·s^-1.

     

X级质子耀斑的特征研究

为了更加准确地判断X级耀斑是否引发质子事件,对X级质子耀斑和非质子耀斑的耀斑积分通量、源区、CME速度、CME角宽度、背景太阳风速度及背景X射线通量的分布进行了统计研究.发现非质子耀斑和质子耀斑的积分通量、经度、CME速度和CME角宽度具有明显不同的分布.非质子耀斑大多集中在东部,耀斑积分通量小于0.3J·m^-2,CME速度小于1300km·s^-1的区域内;质子耀斑大多集中在中部或西部,耀斑积分通量大于0.3J·m^-2,CME速度大于1300km·s^-1的区域内.质子耀斑伴随的CME角宽度主要集中在360°,非质子耀斑的CME角宽度分布则相对分散.两类耀斑的背景太阳风速度和背景X射线通量分布差别不大.利用两类耀斑各个参量分布上的差异,有望提高X级耀斑预报的准确率.     

有效载荷数据管理系统新技术实验

为满足在未来航天器上进行科学实验和空间探测的有效载荷数据采集、处理、存储、综合传输和数据管理需求 ,研制了中国第一个有效载荷数据管理系统 ;该系统在设计上采用了具有 90年代国际水平的多项先进技术 ,如采用先进的国际空间数据系统咨询委员会标准进行数据传输、以 15 5 3 B总线构成系统通信网络、大容量固态存储技术、高速多路复接器和数据管理系统软件。介绍了有效载荷数据管理系统及其技术特点 ,系统主要关键技术的设计与实现 ,以及由主要关键技术构成的缩微系统的在轨试验情况和结果。     

静止轨道卫星通信链路的预算与分析

星地链路计算作为卫星通信的重要技术,是卫星通信系统设计的基础和理论依据,直接决定了卫星通信系统的链路通信质量。由于影响卫星链路的因素很多,设计中存在一处不合理即使得整条星地链路不可用,造成巨大的损失。而且在实际设计中无法做到最理想的链路状态,往往需要在某方面有所取舍,这也是链路计算中的一大难点。基于目前国际通用的链路计算方法,将星地链路上下行拆分,独立计算,综合分析,再结合实际工程经验,分析和计算实际工程案例,针对不同的链路配置给出相应合理的设计方法,可作为静止轨道通信卫星星地链路计算分析的参考。     

基于DDMZM的星载微波光子混频器设计

微波部件由于分布式参数的影响,存在一定的频率选择性,难以实现宽带多频段兼容的变频系统,已不能满足高通量星载通信载荷的需求。微波光子技术以其大带宽和无频率选择性的优势为高通量天基通信需求的实现提供了可能性。基于双驱动马赫增德尔调制器(DDMZM)对星载通信转发设备混频单元的方案进行探索,通过理论分析链路模型,使用VPI软件对链路进行仿真优化来寻找DDMZM的最佳偏置点。试验结果表明调制器偏置在最小点时,变频效率高,且具有一定的载波抑制功能,可实现宽带、多频段以及抗干扰等性能,优于微波变频性能。     

深空探测下行测距调制度变化的现象和机理分析

文章对统一S波段应答机下行测距调制度随上行信噪比以及工作模式的不同而不同的现象进行了分析,推导出计算公式,并和实测数据进行了比对。实测数据与文中的理论分析的结果是一致的。另外,文章也说明了测距下行调制度变化的具体计算公式将随不同应答机模型不同而不同。在设计计算时,应当对具体的应答机转发模型进行分析,而不能简单引用CCSDS标准所给出的公式。     

火星探测UHF频段原位通信关键技术研究

火星是人类探索太阳系的下一个里程碑,由于地球和火星之间的距离非常遥远（最远距离约4亿千米,光行时约22min）,为了最大限度地完成火星车和地球之间的高效通信,火星车和火星环绕器之间的器间原位中继通信技术就显得尤为重要。针对大椭圆轨道下器间通信信噪比低、信号参数变化快、全自主要求高及质量功耗约束极为严苛等难点,提出了一种UHF频段器间原位通信技术,主要包括超高灵敏度高动态自适应信号解调、高精度多普勒测量、基于CCSDS Proximity-1的协议一体化集成融合和面向火星复杂环境的高集成度高收发隔离产品工程化设计,实现了捕获灵敏度优于-141dBm、解调灵敏度（1kbit/s）优于-134dBm、频率动态范围优于±26kHz、多普勒测量精度优于10mHz、收发隔离大于180dB、弧段内全自主高可靠高吞吐率通信及基于架构统型的系统/单机极限优化,相关指标优于美国系列火星探测器中的“Electra”。经祝融号火星车和天问一号火星环绕器、ESA“Mars Express”火星轨道器在轨实际测试,测试数据符合预期,为中国首次火星探测的圆满成功做出了重要贡献。     

Progress of the Quantum Experiment Science Satellite(QUESS) Micius Project

By using satellites, ultra-long-distance quantum communication and tests of quantum foundations could be achieved at a global scale. The Quantum Experiment Science Satellite (QUESS) in China, also called Micius, one of the scientific satellite programs in the Strategic Priority Program on space science, the Chinese Academy of Sciences, was launched on 16 August 2016. There are totally 4 scientific payloads. We give a brief overview of the quantum experiment science satellite project and present most recent science results. The main scientific goal of the quantum experiment science satellite was achieved in 2017. Here, we introduce the latest achievements in satellite-based quantum communication and large-scale tests of quantum foundations obtained by Micius.     

量子导航定位系统中的捕获和粗跟踪技术

量子导航定位系统需要借助于空间量子卫星信息通信系统来进行信号的捕获、跟踪和对准(acquisition,tracking and pointing,ATP).ATP系统是空间量子卫星信息通信的重要组成部分,涉及到量子通信链路的建立以及中断通信链路的恢复;粗跟踪和精跟踪的相互配合,可以确保通信双方处于通信状态,达到期望的信号跟踪性能.本文详细阐述用于量子导航定位系统的空间量子卫星通信的捕获阶段和粗跟踪的相关技术,重点分析捕获阶段中的初始指向技术、扫描技术、捕获阶段的精度及其性能,以及粗跟踪阶段的精度及其性能指标等关键技术.     

可变编码调制在遥感卫星中的应用效能研究

随着遥感卫星观测数据量的日益增加，卫星数据传输能力已成为制约遥感卫星使用效能的瓶颈因素。为充分利用近地遥感卫星数据传输的链路资源，采用可变编码调制（VCM）技术，通过对星地数传信道条件的动态评估，在保证链路传输误码率和链路余量的前提下，自适应地进行当前信道条件下的最优编码调制方式切换，充分利用系统链路余量，提高卫星星地数据传输效能。利用该方法，对VCM数传链路效能进行仿真分析，与相同符号速率的固定编码调制（CCM）体制相比，VCM传输效能平均提升42.1%，可为遥感卫星的数传通道设计提供借鉴。     

量子科学实验卫星密钥分发实验任务规划

针对量子科学实验卫星密钥分发实验任务规划约束条件多以及时效性要求高的特点,基于对密钥分发实验过程及约束分析,建立了约束满足规划模型.以完成时限最短为优化目标,综合考虑任务规划所需光学及数传站资源分配,利用深度优先搜索算法对模型进行求解,解决了实验过程中多要素紧耦合、强时间约束的难题.仿真分析结果表明,所提出的模型及算法有效,能够满足量子科学实验卫星密钥分发实验星地交互的需求.