稻城太阳射电望远镜（DSRT）天线遮挡效应仿真

稻城太阳射电望远镜（DSRT）由313面6 m直径抛物面天线组成。天线接收信号幅值和相位的精确修正是决定DSRT成像质量的关键因素。然而DSRT阵列可能会出现邻近天线相互遮挡的问题，从而改变接收信号的幅值和相位，影响其成像质量。利用电磁仿真软件计算了接收频率为300 MHz（波长λ=1 m）时的相邻两单元与相邻三单元两种情况。三元系统中遮挡效应的影响仅比双元系统中相关影响略为显著。在本文考虑的最严重的遮挡情况（天线边缘的投影间距D = –1λ）下，对于双/三元系统，相对于单天线系统水平和垂直增益分别降低了0.6/0.6 dB和 0.3/0.4 dB，相位偏差分别为–3.3o/–3.871o和–1.744o/–2.244o。此外还分析了其他遮挡情况。研究表明DSRT系统中的天线遮挡效应分析可由双元系统充分描述，在后期数据处理时应适当考虑该效应，尽量提升DSRT数据的利用效率和成图质量。      

移动通信卫星的技术特点及应用

到1987年底,全世界共发射各种通信卫星大约700颗,仍使用的卫星转发器约2000台。卫星通信已成为人类通信史上的重要里程碑。但通信卫星的发展目前遇到了两种大的挑战。这就是,卫星固定通信业务地球站一般建在远离城区的空矿地带,并使用几米～几十米口径的大型天线,因此,卫星电波基本上是在地球与36 000公里的地球轨道间上下传播,信号基本不受山、林、高大建筑群的遮挡。显然这种业务无法满足在山、林中移动作业和运动中飞机、船舶、车辆的通信需要,因为这些场合对卫星通信信号存在着遮挡、反射、折射等恶劣地理环境的影响,地面移动情况又不能使用大型天线,因而无     

大气湍流对深空天线组阵相位影响分析

深空测控网采用大规模天线组阵系统比单个大天线具有一定优势,构建一个Ka频段的天线组阵系统无论对于星际测控通信还是天文观测都是一种经济、可持续扩展的技术方案。然而天线组阵系统工作于Ka频段时,由于天线间相位的快速起伏漂移将使得合成信噪比迅速恶化,尤其对于深空测控上行链路信号的相位监测和闭环控制带来巨大挑战,所以对天线间大气相位扰动测量和数值模拟非常必要。参考国外相关的干涉测量数据,首先分析了天线组阵大气相位扰动测量和统计分析方法;然后利用微波大气湍流模型,建立了天线组阵相位漂移抖动模型;对大气湍流引起的相位延迟扰动过程进行了仿真实现。利用模型产生的天线组阵相位抖动数值,可以测试和评估天线组阵信号合成处理系统的适用性。     

预报高空目标对流层折射的新公式

对于高空目标,本文得到预测射线弯曲角和大气折射引起的距离误差的新公式,它们可以用于1°以上仰角的折射预报,精度高且使用简便.      

精确星光大气折射导航观测模型的研究

高精度星光折射间接敏感地平的自主导航方法,目前被国内外广泛关注,由于大气参数变化的不确定性,国内外现用星光折射模型有一定局限性,使得利用星光折射导航定位精度大打折扣.根据大气密度随高度、纬度、季节等变化规律,有效改进现有固定高度(25km)的观测模型,可从整体上提高自主导航精度及可靠性.并通过对大气折射原理、平流层大气数据、大气模型以及影响星光折射观测模型的诸多因素的深入研究,建立了自适应连续高度(20~50km)的星光折射观测模型,同时建立带摄动的系统方程,利用Unscented卡尔曼滤波算法进行了计算机仿真研究,并对仿真结果进行了误差分析.      

大气折射率干项引起电波折射误差的简便算法

提出了大气折射率干项引起电波折射误差的简便算法。重点给出了在现有条件下获得大气折射率干项的等值高度与地面温度实用模型的方法, 并给出了中国某地的模型系数     

大气折射率干预引起电波折射误差的简便算法

提出了大气折射率干项引起电波折射误差的简便算法。重点给出了在现有条件下获得大气折射率干项的等值高度与地面温度实用模型的方法，并给出了中国某地的模型系数。     

星载大型反射面天线的刚-柔-姿控一体化在轨振动分析方法

随着大型可展开环形天线在航天器上的应用,口径越来越大,指标更加严格,卫星姿控、轨控、太阳翼驱动等导致的机械运动必然会引起大型反射面天线的振动,从而造成电性能降低,影响任务完成质量。提供了一种获取大型环形天线在轨振动影响的刚–柔–姿控一体化分析方法,建立了集扰动源、整星刚柔耦合动力学模型、姿态控制系统、天线振动影响分析的一体化仿真分析模型,实现了在典型扰动模式下的环形天线的振动响应计算、环形天线整体指向和变形计算。分析结果为天线在轨振动影响分析、性能指标预示、振动传递机理及抑制措施提供支持。     

挑战视宁度

在一些拍摄图片中,往往能看到大气的色散、畸变、吸收、红化以及折射效应.温度不同的空气层,完整的落日畸变成了水平的屋脊状.大气的色散效应使得落日的顶部浮现出绿色的边缘.在天文观测中,大气色散会使一个天体蓝色或绿色的像略高于它黄色或红色的像.因为地平线方向更为强烈的大气折射,太阳已被扭曲成了椭圆形,而且在地平线方向,浓厚的大气会吸收、红化更多的光.     

无人直升机多天线通信信道建模及性能分析

在单天线航空信道模型的基础上,提出了一种无人直升机多天线通信信道的统计模型.分析了信道的时延扩展、多普勒扩展和角度扩展特性,研究了机身对天线的遮挡效应及多天线信号之间的干涉问题.根据模型特点建立了一种准确有效的仿真模型,给出了延迟功率谱、空间相关性、多普勒功率谱和机身遮挡效应的仿真方法.利用该模型在途中飞行、任务区盘旋和起飞/降落这3种飞行状态下对单天线和多天线信道的误码性能进行了对比仿真分析,验证了差分空时编码在无人直升机多天线通信系统中的良好性能.该模型可用于无人直升机多天线通信系统的调制和编码技术研究.     

确定总电子含量积分常数的一种方法

本文叙述确定总电子含量积分常数(Ω_c)的一个方法。它是根据同步卫星信号相对法拉第旋转角(Ω_R)随昼夜f₀2F₂值的变化,运用最小二乘法计算Ω_c对于f₀2F₂的回归直线。此线的斜率正比于电离层等效板厚τ,直线与纵轴的交点给出Ω_c。      

电离层电场对磁层活动响应时延的模式研究

本文用极盖边界上电离层驱动电位φ₀随时间变化的不同模式计算了场向电流J_∥2及电离层对流电场E的演化过程。计算表明,当φ₀(t)先升后降有极大值时,J_∥2(t)和E(t)也表现出类似的趋势。但它们的极值滞后于φ_0max出现的时刻,即在一段时间内,φ₀虽已开始下降,J_∥2及高纬E却继续增大。一般说,E先于J_∥2达到极值,但相差甚小。φ₀变化形式不同时,滞后时间亦不同。当φ₀陡升缓降时,E、J_∥2的极值相对于φ_0max的时延可超过一小时。这与持续时间较长的磁暴期间所观测到的电离层场强响应时延量级是一致的。时延大小还受电离层电导率的制约。低纬电离层场强的响应与高纬不同,其升降趋势与φ₀同步。      

关于行星际磁场螺旋扇形过渡区稳定性的分析

本文利用四层模式,讨论了ME型行星际磁场螺旋扇形过渡区的稳定性。结果表明:(1)ME型过渡区中可以激发三种大尺度波动,且三种波动都存在低频截止;(2)随着波数k增大,不稳定性的增长率都有上升的趋势,但其中A型波动的增长率存在一个极大值和一个极小值;(3)当k与扇形区中太阳风速度V_q呈平行或反平行时,波动最易被激发;随着k与V_q之间夹角变大,截止波长逐渐向短波段移动;当k与V_q相垂直时,波动则不能被激发;(4)当k与V_q夹角呈75°时,可以激发波长为5×104km、相速为340 km/s的波动,这与Voyager 1飞船在磁层顶处的观测结果相一致。由此推断,螺旋扇形过渡区中激发的波动可能是导致磁层顶K-H不稳定性的一种扰动源。      

Atmosphere-ionosphere coupling from convectively generated gravity waves

Ionospheric variability impacts operational performances of a variety of technological systems, such as HF communication, Global Positioning System (GPS) navigation, and radar surveillance. The ionosphere is not only perturbed by geomagnetic inputs but is also influenced by atmospheric tides and other wave disturbances propagating from the troposphere to high altitudes. Atmospheric Gravity Waves (AGWs) excited by meteorological sources are one of the largest sources of mesoscale variability in the ionosphere. In this paper, Total Electron Content (TEC) data from networks of GPS receivers in the United States are analyzed to investigate AGWs in the ionosphere generated by convective thunderstorms. Two case studies of convectively generated gravity waves are presented. On April 4, 2014 two distinct large convective systems in Texas and Arkansas generated two sets of concentric AGWs that were observed in the ionosphere as Traveling Ionospheric Disturbances (TIDs). The period of the observed TIDs was 20.8 min, the horizontal wavelength was 182.4 km, and the horizontal phase speed was 146.4 m/s. The second case study shows TIDs generated from an extended squall line on December 23, 2015 stretching from the Gulf of Mexico to the Great Lakes in North America. Unlike the concentric wave features seen in the first case study, the extended squall line generated TIDs, which exhibited almost plane-parallel phase fronts. The TID period was 20.1 min, its horizontal wavelength was 209.6 km, and the horizontal phase speed was 180.1 m/s. The AGWs generated by both of these meteorological events have large vertical wavelength (>100 km), which are larger than the F2 layer thickness, thus allowing them to be discernible in the TEC dataset.     

赤道反向电射流中不均匀性的对流放大特性及对某些观测特性的解释

本文分析了反向赤道电射流条件下的不均匀性的对流放大特性。根据电射流不稳定性的线性理论,对一个分层均匀的电射流的模式的数值计算表明:在反向电射流条件下,电射流不均匀性有如下的特性:在波的传播过程中,在上电射流区内,波矢向下旋转,在下电射流区内,波矢向上旋转;在驱动电场E_D数值相同的情况下,反向电射流条件下的射线路径积分增长率r比正常电射流情况的要小得多。这是由于波的群速度方向是向下的,而电子密度梯度起稳定化作用。对于电子密度的特征长度L_N=6km和│E_D│=0.8mV/m,波长λ=10m,高度h≥105km,有r<20。在这一高度范围,波可能是不饱和的,增大L_N,使波在h=105km饱和的临界电场│E_D│值减小。上述计算结果可解释某些在反向电射流条件下,在Addis-Ababa观测到的10m波长雷达回波的特性。      

Autonomous satellite navigation using starlight refraction angle measurements

An on-board autonomous navigation capability is required to reduce the operation costs and enhance the navigation performance of future satellites. Autonomous navigation by stellar refraction is a type of autonomous celestial navigation method that uses high-accuracy star sensors instead of Earth sensors to provide information regarding Earth’s horizon. In previous studies, the refraction apparent height has typically been used for such navigation. However, the apparent height cannot be measured directly by a star sensor and can only be calculated by the refraction angle and an atmospheric refraction model. Therefore, additional errors are introduced by the uncertainty and nonlinearity of atmospheric refraction models, which result in reduced navigation accuracy and reliability. A new navigation method based on the direct measurement of the refraction angle is proposed to solve this problem. Techniques for the determination of the refraction angle are introduced, and a measurement model for the refraction angle is established. The method is tested and validated by simulations. When the starlight refraction height ranges from 20 to 50 km, a positioning accuracy of better than 100 m can be achieved for a low-Earth-orbit (LEO) satellite using the refraction angle, while the positioning accuracy of the traditional method using the apparent height is worse than 500 m under the same conditions. Furthermore, an analysis of the factors that affect navigation accuracy, including the measurement accuracy of the refraction angle, the number of visible refracted stars per orbit and the installation azimuth of star sensor, is presented. This method is highly recommended for small satellites in particular, as no additional hardware besides two star sensors is required.     

南京地区斜向加热电离层效应数值模拟

与垂直加热相比,斜向加热电离层具有灵活性高、影响范围广和便于实际操作等优势.在非偏区考虑欧姆吸收,基于电子能量方程和连续性方程构建电波斜向加热低电离层的物理模型,并利用IRI-2007和NRLMSISE-00经验模型提供的背景参数对南京地区斜向加热低电离层进行数值模拟,对比不同加热条件下电子温度和电子密度的扰动情况.研究结果表明：电波加热效果随入射仰角和有效辐射功率的增大而增大;电子温度和电子密度增幅随电波频率增大而减小;X波模比O波模造成的电子温度扰动幅度和电子密度扰动幅度更大,同时X波模比O波模能更快地使电子温度和电子密度达到稳定状态;一定范围内较小仰角、较低频率、较大有效辐射功率的电波能使电子密度更快达到稳定,后两者还能加快电子温度达到稳定的过程;电子温度达到稳定所需时间随入射电波仰角呈单峰变化,仰角为62°时达到最大.

     

美国标准大气1976的几点分析

本文分析了美国标准大气1976的大气参数表及制定的物理假设, 其主要结果是:1.可用绝对温度来定义整个温度剖面T(Z), 而不用“分子量温度”T_M。2.温度剖面的椭圆段在110公里处引进了一个量级为10-7J/m3·s的过大散热源。3.看来大气参数表中唯一的“系统”错误是导热系数。4.详细讨论了联结均匀大气层和高层非均匀大气计算的各种可能途径。5.建议在高层大气模式中引进CO₂分量并降低计算界面到80公里。      

2009年1月平流层爆发性增温期间全球电离层响应的研究

2009年1月平流层爆发性增温(Stratospheric Sudden Warming, SSW)事件是有记录以来最强、持续时间最长的一次主增温事件(Major Warming Event, MWE), 期间太阳活动和地磁活动均处于较低的水平, 因此非常有利于研究电离层对平流层增温事件的响应情况. 本文利用COSMIC (Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate)系统提供的掩星数据, 使用Kriging方法分别构建了此次SSW期间及平静期的电离层N_mF₂, h_mF₂和110～750km高度范围的垂直积分TEC (简称VTEC)地图, 同时从全球定位导航卫星系统服务组织(International GNSS Service, IGS)发布的全球电离层TEC地图(Global Ionospheric Maps, GIMs)中提取了日固坐标系(Sun-fixed, 地磁纬度和地方时)下全球TEC地图. 通过对比发现, SSW期间与平静期相比, 地磁纬度中低纬电离层参数存在早晨上升, 下午和夜间下降的现象. 利用OSTM/JASON-2卫星高度计观测值进行验证后的结果显示, 此前研究均未有提及的夜间时段电离层参数N_mF₂, h_mF₂和TEC (VTEC和IGS TEC)的下降现象的确存在.