一种2π视场高分辨热等离子体分析仪设计与仿真

针对空间热等离子探测中大通量动态范围、宽视场和高分辨率的需求,以带顶盖球形静电分析器为基础设计了2π视场热等离子体分析仪(Hot plasma analyzer, HPA),探测性能得到显著提升。通过优化球形剖面视场偏转系统以及粒子光学系统,实现对热等离子体的2π视场高角度分辨率探测,可探测能量范围覆盖50 eV~20 keV,能量分辨率优于10%。利用顶盖电压控制方式实现几何因子在两个量级内连续可调,可以满足对太阳风和磁层热等离子体的全空间高分辨探测需求。     

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。     

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。     

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。     

大气环境监测卫星双偏振仪器校飞验证

同一卫星观测平台上的不同偏振遥感器,可通过数据融合获取更高质量的探测结果。基于该设想,搭建了由高精度偏振扫描仪(POSP)和同时偏振相机(SIPC)构成的同平台偏振仪器航空验证系统,并完成了飞行实验。文章系统阐述了其系统构成、数据预处理、视场匹配和交叉定标方法,评估并展示了部分航空验证结果。结果表明:POSP和SIPC视场匹配误差约为0.12个POSP像元;通过偏振交叉定标、均匀陆地地表这2个仪器辐亮度偏差为2.54%,偏振度偏差为0.013,验证了双偏振仪器探测数据的有效性和交叉定标的可行性。为星载偏振交火探测系统设计、数据预处理、偏振交叉定标方法和在轨应用评价等提供了依据和支持。     

空间视觉测量覆盖特性建模与仿真

空间视觉测量的覆盖特性可以用视场和作用距离两项指标来描述。文中从空间几何的角度,建立了视场指向固定、视场以一定的周期变化规律和以目标为指向的3种覆盖模型,并利用MATLAB软件进行仿真分析。结果显示,视场指向固定时和以一定的周期变化规律时的覆盖率低于以目标为指向的覆盖率,以目标为指向时的覆盖率与相机和探测光标的相对距离有关,不受视场的限制。     

N形缝光线引入器太阳敏感器技术研究

为适应微小卫星发展的需求,提出了基于线阵电荷耦合器(Charge Coupled Devices, CCD)的N字形狭缝数字太阳敏感器研究方案,以减小系统功耗并降低系统复杂度。该方案通过采用带有N字形狭缝的光线引入器以及单个线阵CCD作为光线探测器,实现了太阳敏感器对两轴太阳角的精确计算。提出利用迭代算法和修正系数对系统折射误差进行修正的方法,进一步结合质心算法,能够快速准确修正系统误差,提高系统精度和分辨率。N型数字太阳敏感器视场角可达(±60°)×(±60°),在整个视场范围内定姿精度优于0.1°,功耗 300mW。该数字太阳敏感器具有低功耗、大视场角和高精度的特点,设计、算法均大大简化,实现了太阳敏感器的微型化,在各种微小卫星上有广阔的应用前景。     

高轨光学成像卫星动目标跟踪策略设计与仿真

为实现高轨光学成像卫星对动目标的连续跟踪,基于最大限度地利用观测视场范围、节省姿态机动所需能源消耗的原则,设计了一种应用观测视场九宫格的动目标跟踪策略,通过对相邻观测视场重叠覆盖宽度设计避免动目标丢失。建立一套仿真系统,对提出策略的有效性进行仿真验证。仿真结果表明:相较于动目标临近越出观测视场范围就调整相机视轴指向动目标的策略,文章提出的跟踪策略能够通过更少的姿态机动次数实现对动目标的连续跟踪。     

多普勒非对称空间外差干涉仪调制度分析

多普勒非对称空间外差光谱仪是近年得以迅速发展的新型中高层大气风场探测仪器,具有视场展宽、大光通量、高光谱分辨和多谱线同时探测等特点。该仪器的干涉调制度是影响风场反演精度的关键指标。文章基于非对称空间外差光谱技术基本原理,推导了干涉仪视场展宽前后的干涉理论积分公式,分析了干涉调制度与仪器视场角、最优光程差的关系,通过对干涉方程中像元采样积分推导得到干涉调制度与采样间隔的理论形式,仿真了干涉调制度与仪器视场角、最优光程差和采样间隔的定量关系曲线,并通过实验室搭建试验装置对分析结果进行验证。研究结果表明:随着非对称空间外差干涉仪视场角和光程差偏置量的增加,干涉调制度降低;调制度沿着波数增大的方向上升,在同一波数处,随着采样间隔的增加,干涉调制度降低。理论分析和试验测量结果调制度最大偏差0.02,分析与实测结果一致性较好。     

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。     

提高光学遥感卫星图像几何精度总体设计分析

针对如何提高我国光学遥感卫星图像几何定位精度问题,从影响几何成像质量的关键要素——内外方位元素出发,介绍地面几何处理方法,并基于多颗卫星研制、地面量测试验及在轨验证情况,对高分辨率光学遥感卫星和多线阵观测卫星的几何精度的星-地全链路影响误差项进行对比分析,通过理论分析找出了约束我国高分辨率遥感卫星几何精度的关键问题,最后探讨了如何通过星上设计配合地面处理提高高分辨率遥感卫星的几何精度。     

Observation of the Near Plasma Sheet,Ring Current,and Energetic Electrons from Radiation Belts at a Geosynchronous Orbit,March 11–25, 1992

The dynamics of near plasma sheet electrons and ions (E 0.1–12.4 keV), ring current protons (E _i 41–133 keV), and energetic electrons from the Earth's radiation belts (E _e 97–1010 keV) is considered using the data from the Gorizont-34and Gorizont-35geosynchronous satellites from March 11–25, 1992. Peculiarities of this period are a long (more than 4 days) interval of the northward interplanetary magnetic field (B _z> 0) and a high-speed stream of the solar wind with an enhanced particle density. The SC and compression of the magnetosphere to the geosynchronous orbit (GMC) preceded this interval. Under quiet and moderately disturbed geomagnetic conditions and under a prolonged northward interplanetary magnetic field, we observed a significant decrease of fluxes and softening of spectra of the electron component of plasma in the energy ranges of 0.1–12.4 keV and 97–1010 keV, and of the ion component of plasma at energies of 0.1–4 keV, while the intensity of 5–12.4 keV ion fluxes increases by about one order of magnitude. The peculiarities of distributions of energetic particle fluxes observed in the period under consideration can be associated with significant variations of the convection conditions and a decreased or fully suppressed injection of energetic electrons into the geosynchronous orbit region.     

基于线聚焦菲涅耳透镜的空间聚光光伏系统特性的实验研究

对线聚焦菲涅耳透镜的空间聚光光伏系统的特性开展了实验研究,以期解决工程设计时多参数合理匹配和选择的问题。通过研制由菲涅耳透镜—单晶硅太阳电池光伏组件、太阳模拟器和测试设备组成的实验装置,开展了菲涅耳透镜失焦距离、聚光比和太阳电池短路电流、开路电压、最佳功率、填充因子、效率、温度等之间的关系以及不同失焦距离和不同太阳光线横向偏角对聚焦宽度的影响的实验测试和实验分析工作。研究结果表明：聚光太阳电池性能随短路电流和最佳功率的提高而提高,短路电流和最佳功率分别随聚光比的增加而近似呈线性增大,开路电压基本不随聚光比变化;失焦距离变化引起透镜聚焦宽度变化,进而影响电池表面辐射强度和有效聚光比,应控制失焦距离在可允许范围内;太阳电池串联电阻对聚光太阳电池工作性能存在不利影响,需尽可能选择低串联内阻、高填充因子的太阳电池;应保证聚光太阳电池具有良好的散热条件;太阳光线横向偏角会导致聚焦宽度变大、聚光比减小,并使聚焦光线偏离太阳电池,应控制横向偏角在规定范围内。研究结果为线聚焦菲涅耳透镜空间聚光光伏系统工程设计提供了技术支持。     

Energy dependence of the fraction of protons of ionospheric origin in the ring current

The energy dependence of a fraction of ring current protons of ionospheric origin is calculated using the AMPTE/CCE data for a typical strong magnetic storm (max|D _st | ≈ 120 nT). It is shown that this fraction monotonically decreases from ～ 83 to 25–30% with an increase in proton energy from 5 to 315 keV at L = 6–7 (L is the McIlwain parameter) and is 30–40% at energy 40–50 keV corresponding to the maximum of proton energy density at L = 6–7. It is demonstrated that the core of the ring current (L = 3.7–4.7) was enriched by solar protons with E ≈ 10–200 keV during the active phase of the storm (the maximum effect is reached at E ≈ 20–50 keV).     

Imaging mass-spectrometer of ions for studying near-planetary plasma

A numerical model of an ion mass-spectrometer is developed based on the new type of charged-particle analyzer CAMERA suggested previously [1–3]. The spectrometer provides for complete instantaneous imaging of the flux distribution of various ions in a hemisphere. Such a type of the mass-spectrometer is chosen, which allows one to analyze a conelike beam of ions at the exit of the CAMERA. The mathematical model of the CAMERA with this time-of-flight mass-analyzer ensures sufficiently high mass resolution (M/ΔM > 100) at conserved imaging capabilities of the CAMERA. Such an instrument can find a wide application both in magnetospheric studies and in studying various objects of the solar system.     

低能质子辐照下F46/Ag光学性能退化及损伤模型

利用空间综合辐照环境模拟器对F46/Ag二次表面镜进行低能质子辐照试验,发现30 keV质子辐照会导致F46/Ag的光学性能发生显著退化,波长为350 nm处的光谱反射率变化值随累积辐照通量呈指数关系增加,太阳吸收比变化值随累积辐照通量线性增加。通过Monte Carlo模拟计算得到不同深度电离能损和位移能损的分布,发现质子辐照F46/Ag主要通过电离进行能量的传递。当质子能量为30 keV时,F46表面获得质子传递能量的最大值。量子化学计算结果表明30 keV质子辐照F46/Ag时材料表面C—F键和C—C键断裂所需吸收的能量远小于质子传递给F46表面的能量。XPS分析表明质子辐照后材料表层发生了一系列断键和重组反应,生成了自由基和分子片段,表面发生脱氟和碳富集,与量子化学计算结果相吻合。     

The Structure of Ion Spectra in Outer Regions of the Ring Current: The November 13, 1995 Event

We present the results on variations of ion spectra in the energy range from 1 keV to 3 MeV. The spectra measured onboard the INTERBALL Tail Probe satellite on November 13, 1995, during the satellite's passage from the dipole field lines to the lines stretched into the magnetotail are analyzed. The data of the CORALL, DOK-2, and SKA-2 instruments are used to reconstruct the ion spectra. It is shown that, when the ion spectrum along the satellite trajectory is averaged over 2-min intervals, it is smooth up to geocentric distances of 6R _E. With decreasing distances, the form of the particle spectra in the region under consideration remained virtually unchanged (region from L = 11R _E down to L= 6R _E) and only insignificant variations of the energy of the spectral maxima are observed. Possible reasons for the observed regularities are discussed.