SMILE卫星低能离子分析仪的设计与仿真

针对SMILE卫星的大通量动态范围、大视场范围（FOV）、高分辨率等离子体探测需求，以带顶盖半球形静电分析器为基础设计了低能离子分析仪（LIA）。仪器利用顶盖电压控制方式实现可变几何因子，通过高聚焦特性离子光学系统和视场偏转系统设计实现高分辨和大视场探测。利用SIMION有限元仿真软件对仪器的性能参数和几何因子变化规律进行研究，并优化了离子光学系统设计。通过仿真可以获得仪器的主要技术指标参数：能量范围0.05 keV~20 keV，能量分辨率0.0791，方位角视场360°，俯仰角视场范围可达±45°。     

萤火一号火星探测器离子分析器设计和仿真技术

对萤火一号(YH-1)火星探测器离子分析器设计和仿真技术进行了研究.离子分析器采用球带形静电分析器配合“喇叭口”式入射偏转系统的方案.建立了仿真模型并仿真计算了静电分析器因子、能量分辨率和探测视场等参数.仿真结果表明:离子分析器的性能指标优于探测指标,具有2π的探测视场.     

星载红外点目标探测系统瞬时视场优化模型

瞬时视场是影响星载红外点目标探测系统性能的重要指标,为了实现高信噪比探测,有限口径的空间相机设计需要选择合适的瞬时视场。文章讨论了衍射受限条件下,瞬时视场对能量集中度、采样相位因子、背景杂波和信噪比的影响,建立了以信噪比最大化为目标函数的瞬时视场优化模型。基于在轨遥感图像统计背景杂波,确定了杂波系数范围和不同杂波程度的背景分布。结合实例仿真,计算了不同瞬时视场下的信号响应和信噪比变化,通过分析得出结论:随着瞬时视场减小,点目标能量集中度降低,采样相位影响减小,探测稳定性提高,杂波减小,信噪比先增大后减小,利用优化模型能得到最优瞬时视场。文章提出的模型可用于空间相机的指标设计和优化。     

一种基于石墨烯的脉冲星导航X射线探测器

针对脉冲星导航要求X射线探测器具有高能量分辨率和高时间分辨率的需求,研究基于石墨烯电场效应来实现X射线探测的可行性。通过蒙特卡罗方法模拟不同能量X射线和不同厚度探测器基底的相互作用过程,得到不同厚度探测器对X射线的探测效率。利用有限元方法分析X射线在探测器内电离产生载流子的输运过程,验证了X射线入射对石墨烯电学特性的影响。理论分析计算探测器的时间分辨率和能量分辨率等指标参数,结果表明：基于石墨烯电场效应的X射线探测器具有较高的能量分辨率和时间分辨率,是一种潜力巨大的X射线探测方式,可满足未来脉冲星导航的工程应用。     

大动态范围双通道相机的光谱定标

双通道相机采用高亮度探测通道和低亮度探测通道动态范围相结合的方式,实现对观测视场内大辐亮度动态范围场景的成像;光谱定标的目的是得到大动态范围双通道相机的相对光谱响应。文章分析了使用光栅单色仪对双通道相机进行光谱定标时存在的问题;通过光谱定标光源功率调整和光谱定标光源相对光谱分布的传递测量,克服了光谱定标光源能量、标准探测器的动态范围、双通道相机响应动态范围三者不匹配的问题,解决了低亮度探测通道光谱定标时弱单色光信号标定的问题;对光谱定标光源的偏振态进行了调制,减小了测量光束偏振态引入的测试误差,分别实现了响应度差异大的两个通道的光谱定标。     

利用“天籁”暗能量观测阵列开展空间目标探测新技术试验

提出一种用于开展空间目标探测的大视场、多波束射电观测手段。通过柱形天线阵列,在特定方向获得大张角均匀巡天视场,实现对大空域范围的连续监视;基于综合孔径天图成像,实现对批量空间目标的实时捕获;利用小口径碟形天线之间的优化干涉组合,通过数字波束合成实现多目标精确跟踪测量。配合软件去噪与阵列定标校准手段,进一步提高微弱目标信号提取认证能力,降低系统功率与增益要求。提出利用具有相似阵列结构的"天籁"暗能量观测系统开展关键技术试验,以缩短研究周期、减少科研成本。从作用距离、信号特征、探测时间等方面对试验可行性进行了分析,结果表明"天籁"阵列具备支撑相关新技术试验的能力。     

望远镜式空间带电粒子探测系统研制

为满足空间高能粒子环境探测要求,研制了一套数字化空间电子、质子注量率能谱探测系统原理样机。该探测系统采用了半导体探测器组成的望远镜式结构,并应用了数字化的信号处理方法,能探测0.5 Me V以上的电子和5~300 Me V的质子;具有能够实时测量、体积小、重量轻、功耗低及可靠性高等优点。对该系统的各探测器的能量分辨率进行了实验测试,结果表明:TSi半导体探测器的能量分辨率可达0.5%,Si(Li)探测器的能量分辨率约为1.02%,均在可接受范围(小于5%)内。     

一种新型星载无线电等离子体成像仪

我国的星载探测设备经过几十年的艰苦探索和努力,正在形成一套较完整的探测器型谱,但到目前为止仍未能实现对内磁层等离子体密度三维时空分布及其动力学特性的实时探测。针对内磁层及顶部电离层区域范围内等离子体时空分布和动力学特性研究的探测需求,介绍一种重量轻、小功率、多功能的新型星载无线电遥感探测系统的设计思路,该系统用以探测空间等离子体密度分布、结构,及其时空演化动力学特性(探测参数包括幅度、相位、频率、Doppler频移、回波距离、到达角、极化)。该系统在有源主动探测模式下,可实施磁层等离子体探测、电离层顶测,也可作为HF雷达对地面大尺度目标进行探测;在无源被动探测模式下,它可用以探测空间电磁辐射背景环境和低频等离子体波辐射;选择合适的卫星轨道,采用多星多系统方式,还可实施组网探测,实时描绘近地空间等离子体分布全景图。     

星载光子探测激光雷达指向调整机构的理论分析

针对星载光子探测激光雷达在小接收视场及低背景噪声的应用条件和在轨高精度收发同轴匹配的需求,文章提出利用精密光束指向调整机构,实现星载光子探测激光雷达在轨实时调整收发同轴。重点介绍了基于柔性铰链支承的二维精密光束指向调整机构及其在激光雷达上的应用情况;基于在二维精密光束指向调整机构指向镜中心建立的空间坐标系及反射定律矢量表达式,推导了二维光束指向调整机构的出射光束方向与指向镜偏转角度关系式;分析获得了出射光线扫描范围与入射角的关系及出射光线偏转角度与指向镜偏转角的关系式;揭示了在轨收发同轴调整时指向镜偏转角度的计算方法以及二维光束指向调整机构的扫描行程计算公式和扫描角度分辨率计算公式。为精密光束指向调整机构的关键部件的设计选型及误差分析提供一定的依据,对后续星载光子探测激光雷达的收发匹配设计有一定的参考意义。     

一种新型超大视场小畸变光学系统

光学遥感器正朝着高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率、大视场等方向发展。在传统空间遥感系统的研制过程中,分辨率与大视场互为矛盾,但在某些场合下,不仅需要图像具有较高的分辨率,而且需要具有较大的视场。解决这一矛盾对空间光学的发展具有积极作用。文章介绍了一种新型多尺度单心光学系统,从其设计原理出发,给出了一个多尺度单心光学系统的设计实例。经验证该系统能够实现大视场,像面照度均匀、畸变小,全视场具有一致分辨率,无需扫描即可获取大视场图像。文章介绍的这种成像系统结构对未来超大视场高分辨率空间遥感器的设计提供了参考。     

考虑视场角约束的捷联导引与控制一体化设计

针对现有导引与控制一体化设计方法在用于捷联战术导弹时存在无法保证弹目视线满足导引头视场角约束的问题,将捷联解耦原理和状态约束控制方法相结合提出一种新型考虑视场角约束的捷联导引与控制一体化设计方法。首先引入捷联解耦原理建立捷联导引与控制一体化设计模型,将其转换为严格反馈系统;其次,针对系统模型存在的不确定扰动,设计了一种对不确定上界平方进行估计的自适应律;第三,针对视场角约束问题,采用积分型障碍Lyapunov函数结合动态面控制设计了一体化导引与控制规律。最后通过Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性和所有信号的一致有界。数值仿真结果校验了设计方法的有效性。     

使用GPU并行加速的星表检索算法

提出一种基于GPU的恒星检索并行算法,解决大视场下星表检索在仿真应用中效率不高的问题。首先使用经纬度分区法将星表划分为星区存储,然后在可快速查询的分区星表上,提出构造球面三角形法精确求出探测视场覆盖的星区,以有效减小搜索范围。最后,采用计算统一设备架构(CUDA)计算平台,将并行的视场内恒星检索过程放入GPU下进行并行加速。实验结果表明,与面向CPU的实现相比,所提算法获得数十倍的加速比,并且在大视场、宽星等域下将检索时间控制在毫秒级别,满足了实时仿真要求。     

应对机动目标的全捷联导弹制导控制一体化设计

针对全捷联导引头探测器与弹体固连带来的视线(LOS)测量与弹体姿态的耦合问题,基于干扰观测器和动态面控制提出一种考虑全捷联视线角(FOV)约束的制导控制一体化(IGC)设计方法。首先建立起具有严格状态反馈形式的全捷联制导控制一体化设计模型;其次,针对目标机动和气动扰动带来的模型不确定,设计了一种非线性干扰观测器对其进行在线估计,并将其估计信息的平方引入设计过程;第三,针对全捷联模式下有限视场角凸显的状态约束问题,基于积分型障碍Lyapunov函数与动态面控制设计了一体化制导控制规律,并对闭环系统的稳定性和信号的一致有界特性进行了证明。仿真结果表明,在目标进行不同类型机动和气动扰动存在的条件下,所设计方法均能保证制导精度以及视场角满足约束条件。     

Hydrogen emission in meteors as a potential marker for the exogenous delivery of organics and water

We detected hydrogen Balmer-alpha (H(alpha)) emission in the spectra of bright meteors and investigated its potential use as a tracer for exogenous delivery of organic matter. We found that it is critical to observe the meteors with high enough spatial resolution to distinguish the 656.46 nm H(alpha) emission from the 657.46 nm intercombination line of neutral calcium, which was bright in the meteor afterglow. The H(alpha) line peak stayed in constant ratio to the atmospheric emissions of nitrogen during descent of the meteoroid. If all of the hydrogen originates in the Earth's atmosphere, the hydrogen atoms are expected to have been excited at T = 4400 K. In that case, we measured an H(2)O abundance in excess of 150 +/- 20 ppm at 80-90 km altitude (assuming local thermodynamic equilibrium in the air plasma). This compares with an expected <20 ppm from H(2)O in the gas phase. Alternatively, meteoric refractory organic matter (and water bound in meteoroid minerals) could have caused the observed H(alpha) emission, but only if the line is excited in a hot T approximately 10000 K plasma component that is unique to meteoric ablation vapor emissions such as Si(+). Assuming that the Si(+) lines of the Leonid spectrum would need the same hot excitation conditions, and a typical [H]/[C] = 1 in cometary refractory organics, we calculated an abundance ratio [C]/[Si] = 3.9 +/- 1.4 for the dust of comet 55P/Tempel-Tuttle. This range agreed with the value of [C]/[Si] = 4.4 measured for comet 1P/Halley dust. Unless there is 10 times more water vapor in the upper atmosphere than expected, we conclude that a significant fraction of the hydrogen atoms in the observed meteor plasma originated in the meteoroid.     

多通道高计数率单光子计数系统的设计与实现

光子计数探测具有极高的探测灵敏度，已成为大气探测激光雷达的主流探测手段。设计了一种基于FPGA的8通道高计数率单光子计数系统，提出了一种基于多相时钟过采样的光子脉冲检测方法，实现了2 ns的光子脉宽分辨率、200 MCPS的光子计数率、无死时间的连续多通道同步计数，具有高计数率、高实时性、高集成度的特点。系统已装备于北京遥测技术研究所研制的多波长拉曼偏振大气探测激光雷达中，在激光雷达大气遥感中发挥了重要作用。     

霍尔推力器羽流离子能量实验研究

霍尔推力器羽流中的离子能量分布情况对于评估推力器羽流影响,优化推力器在航天器上的布局具有重要意义。本文使用阻滞势分析器对霍尔推力器羽流的离子能量分布进行了实验研究,获得了推力器在不同工况下羽流场中关注位置的离子能量分布状况。实验结果表明:霍尔推力器羽流离子主要由电荷交换碰撞产生的低能量离子和高能量源离子组成;高能量源离子的分布在推力器轴线达到最大值,低能量离子的分布随着与推力器轴线夹角的减小呈先增后减态势;随着霍尔推力器放电电压的提高,羽流源离子能量分布会相应向高能量方向偏移。     

运载火箭故障模式及制导自适应技术应用分析

为提高制导控制系统在运载火箭全发射任务周期中的智慧水平，提高运载火箭完成任务的鲁棒能力，从不同角度阐述了运载火箭故障模式，创新提出了基于能量属性的故障分类方法。针对不同级别的能量故障提出了对制导控制系统的功能、性能需求。尤其针对小、中级别能量故障，简述了运载火箭故障飞行制导自适应方法应用，包含案例及任务目标变更原则等，并分析了制导自适应技术后续工程化应用的实施途径。基于能量属性的故障分类方法及制导自适应方法可应用于后续中国运载火箭工程研制。