静止轨道闪电光学探测的光谱选择及影响分析

闪电产生于强对流云或对流云系,是强对流灾害性天气的"示踪器"。闪电成像仪在静止轨道上利用瞬态闪电和缓变的云层、陆地与海洋等背景噪声之间存在时间、空间和光谱特性上的差异,采用光谱滤波、空间滤波、多帧-帧背景去除等三种方法组合来实现瞬态闪电的增强与探测。由于中国缺少云顶闪电辐射、闪电分布、闪电瞬态特性等参数,静止轨道闪电光学探测仪器的设计重点之一是光学探测谱段的选择与评价。针对中国存在的闪电光学性能研究不足和空基天基的光学探测手段较少的情况,在地面采用光谱仪对人工模拟闪电、自然界闪电进行光学特性探测,对获取到的地基闪电光谱数据进行分析和反演,从而得出天基闪电探测的参数选择。文章重点论述了闪电的空间光学探测仪器的探测谱段选取、仿真计算、试验验证等内容,为静止轨道闪电光学探测载荷研制提供基础数据和保障。     

静止轨道闪电探测性能实验室验证技术研究

在空间遥感领域,闪电是具有代表性的瞬态点源随机多目标,闪电与雷暴等强对流气象现象有着密切的联系,通过对闪电的观测可获取雷暴雨等强对流天气的分布、变化、定位、预报。作为有代表性的瞬态点源目标,通过对特定区域的闪电进行连续观察,可以统计出该区域闪电发生的频次和闪电发生周期等特征信息,从而为闪电的预报提供科学依据。由于缺少云顶闪电辐射、闪电分布、闪电瞬态特性等参数,地面模拟缓变的云层、陆地与海洋等背景和云顶闪电存在较大的困难,静止轨道闪电探测类相机的探测率(Lightning Detection Efficiency,LDE)、虚警率(False Alarm Rate,FAR)等探测性能验证由于目标特性的不确定性也变得更加困难。基于闪电信号及云背景的光学辐射特性参数,文章对闪电目标及云背景进行了模拟,实现了实验室闪电场景模拟系统。文章论述了在实验室中利用静止轨道闪电探测相机对模拟的云顶闪电和背景进行成像与探测的试验,通过对探测结果进行综合统计、比对与分析,验证静止轨道瞬态随机点源目标探测类相机的探测性能,为相机的交付和在轨运行提供有力的保障。     

FY-4卫星闪电成像仪设计与实现

介绍了我国第一台探测闪电的空间光学遥感仪器——风云四号(FY-4)卫星装载的闪电成像仪的设计与实现。给出了空间光学闪电探测原理。FY-4A星闪电成像仪采用小F数透射光学系统,用双镜头拼接实现大视场覆盖;采用高稳定度超窄带多腔干涉滤光片实现闪电信号滤波,以高速多抽头大光敏元CCD器件为敏感元件获取闪电与背景图像,由实时事件处理器在积分时间内按像元完成焦面数据的多帧背景评估、背景去除、阈值比较和闪电事件编码;采用与闪电事件一致的视场分辨率进行空间滤波,降低云层、陆地和海洋等背景信号对闪电信号的影响。研制的闪电成像仪由闪电成像仪主体、闪电信息处理盒、闪电管理与温控盒和闪电配电盒组成,设计了闪电探测、地标观测和FPGA程序上注三种工作模式。FY-4A星闪电成像仪研制中突破了闪电成像仪分系统总体、超窄带滤光片应用、高帧率CCD器件、实时事件处理器,以及闪电成像仪实验室标定与验证等关键技术。闪电成像仪的指标与国际同类仪器相当。至目前为此在轨测试表明:该闪电成像仪能实现对不同强度闪电事件实时探测,具备对强对流天气过程完整监测和跟踪能力。展望了后续我国闪电成像仪技术的发展和应用需求。     

闪电成像仪的实验室定标

闪电成像仪是对地静止的天底成像遥感器,被优化适于在白天和夜间探测和定位闪电。实验室定标是发射前的业务,其作用在于保证遥感器在轨运行的性能。文章着重讨论实验室性能定标。     

闪电成像仪的实验室定标

闪电成像仪是对地静止的天底成像遥感器，被优化适于在白天和夜间探测和定位闪电。实验室定标是发射前的业务，其作用在于保证遥感器在轨运行的性能。文章着重讨论实验室性能定标。     

FY-4闪电成像仪实时事件处理器(RTEP)的FPGA设计研究

闪电是中尺度,特别是中-γ尺度天气系统研究的有力工具。闪电成像仪主要利用4种方法 组合来实现闪电信号的增强与探测。这4种方法是:光谱滤波、空间滤波、时间滤波、帧-帧背景去除。实时 事件处理器(RTEP)是实现帧一帧背景去除的最为有效的手段,它是提取闪电信号的重要途径。实时事件处 理器是一个实时数字信号处理系统,在2ms的时间内要完成12 bit量化的512×512个像素的信号数据处理, 探测出闪电信号。文章论述了实时事件处理器RTEP的必要性,实现原理,以及FPGA实现方案。     

雷击飞行器事件与美国航天活动的发射规范

一、雷击飞行器事件 雷电是造成航天活动意外事故的重要因素。人类自从开展航天活动以来,相继发生了数次雷击飞行器的重大事故,已公开报道的有: 1969年11月14日,在肯尼迪航天中心的39号发射台发射土星5号火箭。当火箭及其运载的阿波罗12号飞船穿过无闪电的带电云层时,意外地相继遭到两次雷击,造成电子系统失效。     

FY-4闪电成像仪实时事件处理器（RTEP）的FPGA设计研究

闪电是中尺度，特别是中-γ尺度天气系统研究的有力工具。闪电成像仪主要利用4种方法组合来实现闪电信号的增强与探测。这4种方法是：光谱滤波、空间滤波、时间滤波、帧一帧背景去除。实时事件处理器（RTEP）是实现帧一帧背景去除的最为有效的手段，它是提取闪电信号的重要途径。实时事件处理器是一个实时数字信号处理系统，在2ms的时间内要完成12bit量化的512x512个像素的信号数据处理，探测出闪电信号。文章论述了实时事件处理器RTEP的必要性，实现原理，以及FPGA实现方案。     

黄花机场连续两次雷击天气过程分析

雷电在气象学上称为雷暴。积雨云形成过程中,在大气电场及温差起电效应、破碎起电效应的共同作用下,正负电荷分别在积雨云的不同部位积聚。当电荷累积到一定程度,就会产生云与云之间或云与地之间的放电,也就是平常所说的“闪电”。在放电过程中,闪电通道上的温度骤升,空气中的水汽膨胀,甚至还有电离现象产生。短时间内空气迅速膨胀,从而产生冲击波,导致强烈雷鸣。由于云中的电荷在地面上引起感应电荷,使云底和地面之间形成“闪道”,当电荷积累和其它条件（如突出的建筑物和旷地上的人等）具备时,就会生闪电击地,即雷击,造成雷电灾害。     

大气探测激光雷达组网观测一致性研究

通过激光遥感获取气溶胶、云垂直分布情况，对研究气溶胶、云微物理特性、辐射强迫效应以及污染物传输等具有重大意义。在实际应用中激光雷达受激光器能量、发散角以及透过率等影响，会导致各雷达面对同一目标物探测数据不一致。随着地基大气探测激光雷达逐步规模化、标准化，对雷达组网观测一致性开展研究具有重要意义。为保证组网激光雷达数据高质量和高可靠性，在雷达系统自标定基础上，利用太阳光度计、大气分子模型获取激光雷达系统常数，确保各激光雷达回波信号定量可比。通过激光雷达组网观测进行探测目标一致性比对试验，以验证激光雷达系统探测一致性精度。结果表明：标定后，532 nm距离修正信号在1~2 km区间相对偏差从64.89%降低到22.16%，在2~5 km区间相对偏差从49.26%降低到8.90%，在9.5~11.5 km相对偏差从46.83%降低到10.91%；532 nm退偏比在1~2 km区间相对偏差从69.68%降低到20.68%，在2~5 km区间相对偏差从71.24%降低到6.69%，在9.5~11.5 km相对偏差从140.24%降低到9.02%；532 nm后向散射系数在1~2 km区间相对偏差从37.45%降低到23.63%，在2~5 km区间相对偏差从29.15%降低到21.45%，在9.5~11.5 km相对偏差从76.02%降低到24.16%。组网激光雷达数据结果一致性较好，可在多站点进行高精度探测，在气候变化研究、碳排放监测和环境研究等领域发挥重要作用，为大规模大气变化规律研究提供高质量、有效数据。     

中国月球探测的发展战略与规划

中国探月工程首席科学家、中国科学院院士欧阳自远前不久撰文,对中国月球探测的发展战略与规划进行了详细的论述。 欧阳院士认为,月球探测是一个国家综合国力和科学技术水平的全面体现,对提高中国在国际上的威望、增强民族凝聚力有重要的意义与作用。月球探测必将带动和促进一系列科学技术的发展。同时,月球上特有的矿产和能源,是对地球资源的生要补充。我国开展月球探测,参与月球能源与资源的开发利用活动可为人类社会的可持续发展做出重大贡献。此外,开展月球探测工程,具有很强的科学性、探索性、开放性和全球性,国际合作的范围也极其广泛。因此,我国月球探测工程的实施,必将有利于在国际外空事务中维护我国的权益及推进我国航天领域的国际合作。     

超窄带滤光片光谱特性测试与修正

超窄带滤光片在闪电探测等领域有重要应用,其带通区域中心波长的准确性、光谱带宽和带外抑制等光谱特性对闪电探测仪的成像性能具有决定性影响,通过测试准确获得超窄带滤光片的光谱特性是闪电探测仪研制过程质量(quality)控制的重要环节。文章分析了使用分光光度计测试超窄带滤光片光谱特性时存在的问题,提出了一种基于平行光路的超窄带滤光片光谱特性检测方法,并对该检测方法中所采用的测试装置进行了介绍,通过仿真试验分析了测试装置以不同带宽进行测试对测试精度的影响,进一步提出了基于逆滤波原理的测试数据修正方法,解决了常规测试方法应用于超窄带滤光片光谱特性测试时存在的信噪比低、角漂误差大、波长定位精度低和带宽修正困难等问题。     

星面探测机器人自主移动技术

为进一步扩大探测范围,提高探测效率,并为后续星面基地建设提供服务,星面探测机器人需从远程地面遥控方式向自主移动方式发展,为此需要解决地图构建、鲁棒定位、探测导航等问题。为推动星面探测机器人自主移动能力的发展,借鉴目前快速发展的无人驾驶技术和地面自主移动技术,归纳总结了目前国内外星面探测移动技术的研究现状和存在的问题,以及地面自主移动研究在地图构建、鲁棒定位、探测导航等方面取得的进展。在结合星面探测应用的特殊性的基础上,提出了未来在长期定位和可变形重建领域开展更深入研究的建议。     

月球探测对推动科学技术发展的作用

论述了开展月球探测的科学意义。从月球探测推动科学的创新与快速发展、月球探测将推动航天技术水平的整体提升、月球探测将为社会的可持续发展作出贡献等方面阐明了月球探测对推动科学技术发展的作用。     

浅谈积雨云和雷暴对飞行的影响

积雨云和雷暴都是影响飞行安全的危险天气。积雨云属于强对流云，它伴随大风、龙卷、雷暴、冰雹、阵雨等天气现象，雷暴是积雨云发展旺盛的产物。在积雨云中有强电场，当电压达到一定的范围，就形成放电，即闪电。由于电场的作用，积雨云中产生强磁场。飞机误入积雨云中时，容易遭雷击，或在强磁场的作用下，指针摇摆不定或一直指向磁场方向，     

基于碳纳米管气体传感器的空间原子氧实时探测技术探讨

空间原子氧环境是低地球轨道空间环境的重要组成之一,未来的原子氧探测技术要求探测载荷不仅在重量和功耗方面比现有技术大幅降低,而且在探测性能上要有极大的提升,特别是能实现原子氧通量的实时探测。文章在分析目前主要原子氧探测类型及其特点的基础上,提出一种基于碳纳米管气体传感器的原子氧探测技术。其探测仪器具有体积小、功耗低、灵敏度高、可实时探测、能长期连续工作、可重复使用等特点,是纳米传感器技术发展的重要方向。该技术一旦成功应用,有望快速提高我国在原子氧探测方面的技术水平。     

大气环境监测卫星星载激光雷达二氧化碳遥感反演方法及精度验证

目前卫星被动遥感二氧化碳存在空间覆盖不足、时空分辨率不够、地球两极和夜间缺少数据等问题，对二氧化碳的源汇研究带来很大的不确定度，同时也制约着利用卫星遥感温室气体探究全球变化。2022年4月我国发射了全球首颗搭载主动激光雷达探测二氧化碳的卫星-大气环境卫星。其上搭载了的气溶胶和碳探测激光雷达(ACDL)，利用1 572 nm的两束激光，可以反演干空气中加权平均的二氧化碳柱浓度。初步与香河站(全球碳柱总量观测网)站点比对的平均偏差为0.48 ppm，Sodankyla(全球碳柱总量观测网)站点的比对的平均偏差为0.8 ppm，精度超过被动遥感卫星。     

明星档案

"风云三号"卫星A星:类别:我国自主研制的第二代极轨气象卫星。用途:可实现全球、全天候、多光谱、三维、定量探测。可为我国全国范围的天气预报,特别是中期数值天气预报以及大范围自然灾害和生态环境监测等提供重要的气象参数。     

空间目标小型相控阵雷达探测技术

地基探测系统受站点布局限制,难以实现全轨道空间的目标探测与跟踪。为对高价值航天器邻域空间目标进行全时探测与跟踪,提出基于伴随微纳卫星的小型化相控阵雷达技术。通过分析不同波段雷达对大范围空间目标搜索与精细跟踪的性能,并综合考虑系统复杂度与功耗等因素,最终选择C波段作为雷达工作频段。详细阐述小型化相控阵雷达的系统设计、目标搜索与跟踪的信号处理方法、测距与测角误差分析等。仿真分析证明,该小型化相控阵雷达能对25 km范围内、40°×40°的三维空间进行目标搜索,实现0.4 m的测距精度与0.03°的测角精度,满足空间目标大范围搜索与跟踪应用的需求。     

国际深空探测技术的发展现状及展望(下)

二、深空探测技术的发展现状与趋势１、发展现状随着人类空间探测活动范围的扩大及探测任务进一步趋于多样化，深空探测的新型推进技术、探测器智能自主技术、新型传感器和载荷技术、测控与通信技术等都得到了长足的发展，并在深空探测活动中发挥了重要作用；有的还正在进一步研发，将列入今后的深空探测计划去实际应用。（１）电推进与核推进技术对于深空探测来说，找到快速、高效的推进方式是很重要的。由于传统火箭并不适用于更深一层的宇宙探测，深空探测中的电推进和核推进技术的研发及其应用已引起航天大国的高度重视。由于电推进具有…