空间甚低频太阳射电Ⅲ型爆研究进展

太阳非热高能粒子流是产生灾害性空间天气事件最主要的驱动源之一,其主要观测特征是具有快速频率漂移特征的射电Ⅲ型爆.主要介绍了国际上在空间甚低频波段(<30 MHz)太阳射电Ⅲ型爆的主要观测设备和研究进展,包括具备高时间–频率分辨能力的空间和月基甚低频频谱仪等,对存在的主要问题进行了详细讨论,系统分析了空间甚低频射电探测器...     

“嫦娥4号”任务有效载荷系统设计与实现

"嫦娥4号"任务将首次实现人类在月球背面软着陆。通过分析任务特点,以多类型有效载荷配置为背景,介绍了以科学目标和探测任务为核心的有效载荷系统设计思路和实现方法。同时针对首次在深空探测领域搭载国际合作有效载荷项目情况进行了说明。"嫦娥4号"任务最重要的科学目标是利用月球背面洁净的电磁环境进行天文低频射电观测,因此分别在着陆器和中继星上新增配置了国内新研制的低频射电频谱仪及荷兰研制的低频探测仪。科学探测的太阳爆发产生的低频电场信号极其微弱,如何消除着陆器和中继星上其他电子设备发射的近场噪声对远场探测信号的干扰就成了本次任务的最大难点。在相关研制单位的多方努力下,通过优化接收天线设计和地面数据处理算法等多种手段,实现了低频探测信号不低于30 d B的噪声抑制性能,具备了实现科学目标的能力。     

在月球背面进行低频射电天文观测的关键技术研究

月球具有足够大的尺寸,能够有效地遮挡来自地球的低频电磁波干扰,因此月球背面是进行低频射电天文观测的最佳场所。本文论述了利用低频射电频谱仪在月球背面进行空间低频射电天文观测的意义,给出了低频射电频谱仪工作原理、科学探测目标和系统组成。研究了低频射电频谱仪的设计,并采用低频射电频谱仪对北京中关村地区空中低频电磁波辐射频谱进行了试验探测,结果表明:低频射电频谱仪能够清晰地探测到0.1~40 MHz频带内的广播电台及授时台等发射的低频电磁波信号。     

基于视线矢量的深空自主导航算法研究

针对深空探测器在行星际飞行的轨道确定问题, 研究了一种基于视线矢量的自主导航算法. 结合深空探测任务的特点, 以太阳视线矢量和地球视线矢量作为导航系统的观测量, 在详细分析太阳敏感器测量原理的基础上, 给出了太阳视线矢量的观测模型及其观测误差表达式. 通过分析导航相机观测原理, 给出像元像线观测模型, 并推导了地球视线矢量的观测误差. 根据惯性空间内视线矢量间的几何关系, 详细推导了探测器的位置矢量及其误差表达式, 结合非线性扩展卡尔曼滤波建立自主导航算法. 利用深度撞击任务的实际飞行数据对本文提出的深空自主导航算法进行了仿真验证.      

2006年12月13日太阳射电暴对GPS观测的影响

日地空间环境不仅影响航天器运行和安全, 也是导航、定位和通信等无线 电应用系统主要的误差源. 其中来自太阳L波段的射电暴被认为是全球导航卫星 系统(GNSS)稳定和性能的潜在威胁因素, 当L波段射电爆发达到一定阈值时, 将给用户带来不同程度的射电噪声干扰, 严重时会引起接收机失锁和定位服务 中断. 本文对2006年12月13日太阳射电暴对GPS造成的影响进行了研究, 利用太阳射电 观测数据、L波段闪烁观测数据和向阳面不同区域的GPS观测网数据, 分析 GPS观测对射电暴的响应. 结果表明, 此次事件对GPS观测产生了明显的影响, 射 电暴期间GPS发生幅度闪烁事件和明显失锁现象, 多个台站上空的多颗GPS 卫星 信号完全中断长达6min左右, 且多个台站上空锁定的卫星数目小于4颗, 使 得GPS定位完全失效. 相对而言, 射电暴期间日下点附近的GPS台站受到的影响 比远离日下点的大.      

行星低频射电爆发的空间探测进展

在低频电磁波频带,部分行星类天体不仅存在热辐射,还存在非热的爆发辐射.其中代表性的非热辐射是行星极光射电辐射爆发,包括千米波爆发、木星百米波爆发及10米波爆发.人类对太阳系的这些射电爆发已经开展了数十年的地面和空间探测,这些探测方法可以作为遥感手段拓展用于对木星磁场及其内部构造的探测.然而,关于行星射电爆发及其变化特性...     

宇宙黑暗时代探路者——鸿蒙计划

低频射电探测任务构想——鸿蒙计划旨在利用多颗卫星绕月编队形成超长波天文观测阵列,在月球背面开展空间低频射电天文探测。其科学目标是高精度测量全天射电频谱,揭示宇宙黑暗时代与黎明的演化历史;实现首次高分辨率超长波巡天,打开最后一个电磁窗口;观测太阳和行星超长波活动,揭示空间环境相互作用规律。该任务将获得超长波频段全天空图像,获取超长波波段天文射电源的强度、频谱、分布等信息。这些科学数据对于探索宇宙黑暗时代和黎明时代、研究银河系星际介质、宇宙线起源与传播、河外射电星系、类星体和星系团的演化、太阳活动与行星磁场等,具有重要的科学价值。     

欧美发射太阳轨道探测器推动抵近太阳观测

在历时20余年的立项和研制进程后,2020年2月10日由欧空局（ESA）主导、美国参加的太阳轨道探测器任务在美国发射升空,这是人类首个对太阳极区成像的空间太阳物理任务。太阳轨道探测器将用约3年时间在水星轨道以内的大椭圆日心轨道开展近距离太阳观测,用7年（包括3年延寿期）时间在黄道面外开展太阳极区高分辨率成像及探测。该任务有望进一步揭示太阳磁场,太阳活动爆发,太阳风起源、加速及其行星际传播和对地球空间天气的驱动等重要前沿问题的本质,加深对太阳活动周以及日地联系的理解。该任务启示中国空间科学要重视太阳深空观测任务的前瞻布局与立项实施。      

太阳射电爆发干扰导航通信机理及影响表征分析

太阳射电爆发是一种潜在的导航系统干扰因素。通过导航信号模型推导,分析了其干扰导航信号的机理,提出太阳射电爆发干扰导航通信的影响方程与太阳射电爆发流量、接收机性能以及太阳–天线高度角有关,其中太阳射电流量总功率与信号的信噪比下降呈正相关;同时受到太阳–天线高度角和有效面积的制约,又与接收机环路滤波器响应函数呈卷积关系。通过对2003年10月28日、2006年12月6日和2015年11月4日事件中GPS失锁情况分析,发现同一次事件中同一站点不同接收机的失锁率不同;同一次事件中不同纬度的接收机失锁率不同,以及在同一次事件中L波段（1～2 GHz）太阳射电爆发频谱不均匀的条件下,L1和L2频段信号的信噪比下降情况也不同。从上述三个事件的观测表征验证了上述影响方程的分析正确性。     

太阳微波爆发动态频谱仪

介绍了北京天文台已投入观测的1.0—20GHz,2.6—3.8GHz太阳射电频谱仪及1999年投入观测的5.2—76GHz太阳射电频谱仪。它们是第23周太阳活动峰年我国太阳物理界的重要观测设备已投入观测的频谱仪获得不同类型的太阳射电爆发资料分别为171个和146个,这些事件在时间和频率上有丰富的幅度和结构的变化。不同太阳射电爆发反映太阳大气不同高度上耀斑的时间和空间的演化过程,为研究不同大气高度中耀斑物理动力学过程、能量释放、粒子加速提供了更多的依据。      

1986年2月的高太阳活动研究──Ⅳ日地扰动事件耦合初析

利用光学、射电、软X射线和硬X射线观测资料,对1986年2月系列太阳爆发中最大的两个耀斑作相似与相异性的分析,解释它们近地空间效应的区别,对该系列太阳爆发事件和叠加在一起的地球事件作认证研究.      

1986年2月的高太阳活动研究—IV日地扰动事件耦合初析

利用光学、射电、软Ｘ射线和硬Ｘ射线观测资料,对１９８６年２月系列太阳爆发中最大的两个耀斑作相似与相异性的分析,解释它们近地空间效应的区别,对该系列太阳爆发事件和叠加在一起的地球事件作认证研究。     

嫦娥四号任务科学目标和有效载荷配置

嫦娥四号探测器由中继星、着陆器和巡视器组成.其科学目标为:月基低频射电天文观测研究,月球背面巡视区浅层结构探测研究以及月球背面巡视区形貌与矿物组分探测研究.共配置6台有效载荷设备,其中3台载荷设备配置在着陆器上,分别为降落相机、地形地貌相机和低频射电谱仪,其余3台配置在巡视器上,分别为全景相机、测月雷达和红外成像光谱仪.本文主要论述了嫦娥四号任务的科学目标、着陆区概况、有效载荷配置及系统设计、各有效载荷任务和主要技术指标等.      

人类无线电通信可影响近地空间辐射环境

<正>NASA网站2017年5月17日报道,利用NASA范艾伦探测器(VAP)的观测数据,发现甚低频(VLF)无线电通信可能影响地球周围的辐射环境,相关论文发表于Space Science Reviews。甚低频信号多用于地面站与潜艇的通信。根据VAP的探测结果,地球周围甚低频电磁波覆盖范围的边界几乎与范艾伦辐射带(Van Allen radiation belt)的内边界重合。美国Dan Baker据此推测,如果没有     

环火星自主导航系统设计及参数优化研究

当前火星探测器环绕段的导航信息主要依赖地面深空探测网提供,基于光学成像的导航方式尚不能提供较高的导航精度。因此提出一种应用相对测量的探测器实现火星环绕段的自主导航。两颗编队飞行的探测器进行相对测量,观测信息为探测器之间的相对视线矢量(LOS)。同时利用主星的星敏感器确定星体在惯性空间的姿态,将观测信息转换至惯性系下获得简化的观测方程,使用扩展卡尔曼滤波器(EKF)对卫星的轨道进行确定。介绍了具体导航方案的实现方法和技术细节,使用粒子群优化方法(PSO)对模型设计的相关参数进行优化,导航精度得到明显提高。实现位置确定精度10 m,速度确定精度0.01 m/s。为设计最优的编队导航系统参数提供了有效思路。     

无人机机载干涉阵列外场试验平台

超长波波段的电波波长为十米到几百米,如果要在超长波波段对宇宙射电信号实现高分辨率成像,天线口径通常需要达到波长数百倍乃至数千倍以上,传统的单天线方法不再适用.月球背面是在日地空间中开展超长波观测的最佳地点.空间分布式被动微波干涉成像技术的主要思想是利用分布式卫星星座,在深空实现超大的干涉测量基线替代大口径天线,实现对宇...     

半空间中机载甚低频双拖曳天线电磁辐射特性

对半空间中机载甚低频双拖曳天线电磁辐射特性进行了研究.基于有限元算法建立了机载甚低频双拖曳天线半空间全波仿真模型,利用边界条件模拟了海面半空间环境,深入分析了海面半空间环境对于机载甚低频双拖曳天线辐射特性的影响,通过调整机载甚低频双拖曳天线长短比,优化了机载甚低频双拖曳天线的输入阻抗、辐射效率等设计参数,该研究结果与美国海空军发展中心公布的数据吻合较好,验证了研究结论的有效性和可信性,对机载甚低频双拖曳天线的设计及应用具有参考意义.      

火星探测巡航段天文自主导航方法研究

对于火星探测巡航段的自主导航问题,提出了一种基于太阳及行星观测的自主导航方法。在巡航段初期及后期,根据探测器在太阳系中的位置关系,分别选择太阳、地球及太阳、火星作为观测目标,采用星载太阳敏感器和光学相机测量导航天体实现矢量,建立观测方程。利用非线性扩展卡尔曼滤波,分别建立两种观测方案对应的导航算法。仿真结果表明巡航段导航定位精度优于100 km,定速精度1 m/s。该方法实现简单,系统资源要求不高,对未来火星探测具有一定的工程参考价值。     

1991年太阳L260°活动概况及其射电的特征

本文介绍了太阳L260°活动概况,并计算了黑子群的位置漂移及对应的射电缓变源.北京天文台2.84GHz射电望远镜在该活动区观测到8次特大的射电爆发(流量超过1000s.f.u.),其中4次(1991年5月16日,6月9日,6月11日,8月25日)射电爆发时变曲线十分相似而且这些微波爆发都与Ⅱ型Ⅲ型Ⅳ型米波爆发有良好的对应.可能说明该活动区所对应的日冕在长时间内存在一种磁场位形结构,这种磁场位形结构容易产生日冕物质抛射.      

太阳微波爆发与高能质子的共生过程

本文根据近年来对太阳射电爆发与高能质子／γ射线谱线辐射等观测资料的统计分析,得出不同型别的太阳射电爆发中以微波爆发与γ射线辐射／质子事件发生过程中的高能质子共生率最高,趋近100％,这一结果,否定了以前认为米波Ⅱ型或米波Ⅳ型爆发拥有产生高能质子必要条件的看法;指出：上述微波爆发可以细分为脉冲型和微波Ⅳ型（Ⅳμ型）,它们的物理条件不同,共生关系的表现特征也不尽相同;并且对上述共生现象的物理过程作了初步的解释和探讨．