中法海洋卫星微波散射计在轨性能验证

中法海洋卫星（CFOSAT）微波散射计是国际上第一个旋转扇形波束体制散射计,通过优化雷达观测几何实现对地面目标多角度和多方位的高精度测量,提高海面风场、土壤湿度和海冰面积等地球物理参数的反演精度.根据CFOSAT卫星2018年10月发射以来的在轨测试数据,结合散射计系统特点,分析验证了星上定标数据和后向散射系数反演结果的正确性,并对CFOSAT首批科学数据进行了定量分析和系统评价.结果表明,CFOSAT散射计在轨工作状态良好,实际性能与设计预期一致,风速测量精度优于1.5m·^-1,风向测量精度优于15°,空间分辨率可达12.5km,在近岸风场监测、土壤湿度遥感和海冰面积估计等应用领域具有独特的优势.     

锥形腔高能量激光能量计后向散射问题研究

高能量激光能量的准确计量对于相关研究至关重要。量热法是测量高能量激光能量的一种有效方法,其中涉及到的入射激光在能量计吸收腔内的后向散射总能量,是一个关键参量,它的准确测定与计量,将大大提高高能量激光能量计量的准确性。依据能量计内表面与入射激光相互作用的光学定律,详细推导了锥形吸收腔内入射激光光束能量的分布函数,并结合复化辛普森数值计算方法,分析和讨论了吸收腔结构一定时,环形和矩形两种不同光斑形状的高能量激光在锥形能量计吸收腔开口处的后向散射光功率密度分布和后向散射总功率以及它们对能量测量结果的影响。     

垂直对天顶测量的紫外前向散射探测臭氧总量的可行性研究

选用SBDART模式作为大气辐射传输计算模式,通过模拟计算和结果分析探讨无云的晴天、垂直对天顶观测的紫外前向散射反演大气臭氧总量的可行性.计算表明,穿透能力与探测灵敏度之间的复杂联系使得探测波长应随着sΩ0的增大而波长变长,若用波长对探测,则波长对中较短的波长也应随着sΩ0的增大而增大.另外大气的臭氧总量越少,反演结果受下垫面反照率、气压和仪器精度的影响越大,因而反演误差越大.当强度Ii的测量精度为±1%时,下垫面反照率R和气压P0的分辨率分别达到±0.05和±50 hPa,若用单波长探测,则在大气臭氧总量Ω0和s都较小时,反演结果大于5%;若选用波长对进行探测,由于R和P0的误差对反演结果的影响降低,故精度大大提高.Ii,R和P0在上述精度下,选取适当的波长对进行探测,精度至少可达±4%,当臭氧总量高于350 DU时,可达±2%.     

介质参数对吸收体电磁散射影响的研究

二维周期渐变微波吸收体由金属基体和涂敷有耗介质构成。有耗介质的厚度、介电常数和磁导率是影响吸收体电磁散射特性的主要因素,因此有必要分析这些参数对吸收体电磁散射特性的影响。根据吸收体的二维周期性结构特点,把分析介质参数对吸收体雷达散射截面(RCS)的影响简化成分析介质参数对涂敷导体二面角RCS的影响。利用矩量法给出涂敷导体二面角的RCS随介质参数变化的计算例子,并结合天线阵列技术算出最佳介质厚度时吸收体的RCS。     

翼形几何参数对机翼散射特性的影响

系统地揭示了翼形几何参数对机翼的空间散射特性、极化散射特性的影响规律.研究发现,在垂直极化状态下用理论尖劈公式计算机翼后缘绕射的计算结果与实验结果相差甚远.提出在垂直极化状态下机翼后缘绕射的计算必须将后缘厚度考虑在内的见解.对于水平极化,前缘散射波峰只与前缘半径有关;而对于垂直极化,前缘散射波峰与翼形最大厚度以及最大厚度位置有关.给出前后缘散射波峰的工程估算公式,为低雷达散射截面( RCS )机翼设计提供依据.     

导热误差对温度测量的影响

为了研究直型传感器的导热误差,设计了可同时测量气流温度、支座上部温度和支座下部温度3个测点的传感器,其中测点1和3可根据研究的需要上下移动,并建立了理论模型,推导了导热误差的计算公式.为了避免辐射误差对导热误差的影响,采取根部加热的办法,研究了马赫数、支座温度、长径比对导热误差的影响,得到了可供参考的数据,并将导热误差的计算公式应用到气流流速较低时(Ma=0.1)高温水冷耙某点的导热误差的计算中,计算结果与测量结果误差小于10%.考虑导热误差对测温的影响时,应综合长径比和支座温度两方面的因素,将长径比是否大于10作为衡量是否考虑导热误差的唯一标准是不全面的.      

热流效应对场向电流确定的影响

给出了任意速度分布函数条件下复频率的介电函数和色散关系的求解方法. 讨论了16矩近似条件下, 场向热流对电子速度分布函数, 介电函数实部与虚部, 以及离子与电子谐振频率和阻尼率的影响, 并与平衡态时麦克斯韦分布等离子体的计算结果进行了比较. 忽略场向热流效应, 正向电子漂移速度条件下, 上行等离子线探测, 会过高估计场向电流; 负向电子漂移速度条件下, 上行等离子线探测会过低估计场向电流. 对上下行等离子线同时探测情况, 忽略热流效应同样会过高估计场向电流.     

全站仪船体分段测量的温度影响研究

根据在相同的环境温度下和不同环境温度下对船体轴系部位同一材料、相同结构的多个目标点进行反复测量,观察全站仪测量数据的变化,分析环境温度变化引起的误差情况,为船舶精度建造工艺研究提供可靠的数据支撑。     

基于SABER的平流层顶温度的时空特征分析

利用SABER探测器2002—2017年超过一个太阳活动周的数据,以大气垂直方向上40～60km的最大温度作为平流层顶温度（T_sp）,分析50°S—50°N T_sp的时空分布特征.结果表明:T_sp具有明显的纬度特征和季节特征,在赤道和南北半球夏季温度较高,而在南北半球冬季的40°—50°纬度附近温度有最低值.再利用EOF方法分析T_sp,发现其第一模态的解释率达91%,且时间系数与平流层顶高度相关性最大,为-0.75,与平流层顶臭氧体积混合比相关性约0.49,与日地距离相关性为0.44,与太阳活动性（太阳活动指数,太阳黑子数）的相关性约0.33.依据该相关关系,进一步分析各变量原始场,发现T_sp和平流层顶臭氧体积混合比的纬度变化近似相反;与日地距离的季节变化有明显的负相关,约-0.81,且这种相关性与日地距离有弱的正相关关系;年平均T_sp在2002—2017年的变化约为2K,与F_10.7的相关系数为0.6,在南北纬20°附近与太阳活动指数F_10.7的相关性最大,约0.74.      

防热层表面突起物及内部结构的温度场分析

阐述了高超声速和超声速流动条件下, 返回式航天器防热层表面的突起物所引起局部过热问题; 分析了突起物对其周围防热层表面的局部热环境的影响及其本身表面所处的热环境。以ＡＲＩＥＳ前后处理软件和ＮＡＳＴＲＡＮ 分析程序为工具, 分别计算了在试验热环境条件下及轨道热环境条件下突起物上的温度分布, 并与试验结果进行对比, 计算结果与试验结果吻合得相当好, 从而证明了对防热层表面突起物所引起的局部过热问题所采用的分析方法和途径的合理性与先进性。同时也证明了对突起物周围及其本身的热流密度的工程简化是合理的。     

飞行器新型碳基复合材料表面高温测量方法

本文针对飞行器新型碳基复合材料表面的高温测量问题,介绍了测量方法、传感器的安装方式、高温胶黏剂技术与工艺,传感器与热防护技术以及试验测试,并归纳了该方法的技术特点。     

溅射薄膜热电偶在非金属结构表面瞬态温度测量中的应用研究

介绍了利用薄膜成型技术,在非金属试验件表面用真空离子溅射技术制作薄膜热电偶,进行表面温度测量,并探讨薄膜热电偶在瞬态加热条件下与粘贴的常规热电偶在测温结果上的区别,为今后将薄膜制作技术应用于温度、热流密度及高温应变测量打下基础。     

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.     

关于单元表面吸收率的系统温度误差计算

利用系统灵敏度理论和系统误差统计理论,通过引入辐射传递系数和角系数间的关系,针对漫发射、漫反射热系统,提出了关于单元表面吸收率的系统温度误差计算方法。以立方体内表面间的辐射换热为例,采用该计算方法对系统温度误差进行了计算。通过分析比较表明:采用该方法得到系统温度灵敏度具有较高计算精度,系统统计温度误差受实验次数影响,并且在均方差较小的情况下,系统统计温度误差之比等于系统温度灵敏度之比的绝对值。     

表面温度和热流的一种间接测量技术

固体表面温度和热流的直接测量在某些情况下是很困难的。使用“过去的”和“将来的”测量时间 ,引入稳定矩阵的概念 ,抑制了导热反问题的误差放大作用。通过埋设在固体内部的热电偶的温度测量 ,同时对固体表面的温度和热流进行了有效估算     

CYGNSS海面风速固有误差与时空分布特征

全球导航卫星系统反射测量（GNSS-R）是一种新兴的海面风速遥感技术,对GNSS-R反演风速进行详细定量分析是该技术从科学研究走向业务应用的必要条件。 以气旋全球导航卫星系统（CYGNSS）的风速数据为例,利用时空匹配的浮标风速和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的预报风速数据,详细分析了CYGNSS遥感风速的气候态特征和时空分布特征。基于三配对数据分析方法,阐明了CYGNSS遥感风速的固有误差,并提出了相应的风速标定系数。研究表明：GYGNSS的中低风速（w <10 m·s^–1）精度较好,但高风速的误差显著增大;风速误差具有良好的时间一致性,但呈现明显的空间分布不均匀现象;总体而言,CYGNSS风速的固有误差约为1.79 m·s^–1。研究结果一方面可为CYGNSS风速数据的业务应用提供参考,另一方面也为进一步标定CYGNSS的反射测量信号提供依据。     

近地小行星2016HO3表面温度建模研究

2019年4月18日,中国国家航天局(CNSA)公布了小行星探测计划,将近地小行星2016HO3作为探测任务目标之一。主要梳理了2016HO3热环境分析的要素,通过调研国际上目前观测数据,得到2016HO3的初步环境参数,使用近地小行星热模型(NEATM)与小行星热物理模型(TPM)开展了小行星2016HO3表面温度场建模与分析,综合得出小行星温度上限为412 K;同时结合其可能的自转条件,仿真分析了不同位置的昼夜温差变化特性,发现2016HO3最大温差大约为30 K。由于两个模型均不能直接处理极夜情况,在TPM模型基础上采用对自转周期光照进行平均思路,给出了极夜条件下的温度分析方法,并获得小行星2016HO3的温度下限。