太阳风--磁层相互作用的磁流体力学数值模拟研究

磁层位于地球空间的最外层, 太阳风与磁层的相互作用是空间天气变化因果链中承上启下的关键环节, 是揭示地球空间天气基本规律的关键科学课题. 地球空间由于时变、多成分、多自由度的关联相互作用,使得传统的理论分析变得非常困难. 数值模拟作为近几十年发展起来的一个新的研究手段,对地球空间的理论和应用研究产生了深刻的影响. 国际上磁层的全球MHD数值模拟工作开始于20世纪70年代末, 最初的研究局限于二维空间. 由于磁层内在的三维特性, 20世纪80年代三维MHD数值模拟工作兴起. 本文简要说明了三维全球磁层MHD (磁流体力学)研究的特点及现状, 给出了三维全球磁层模型的基本框架, 综述了行星际激波与磁层相互作用、大尺度电流体系、重联电压和越极电位、磁层顶K-H不稳定性等方面的太阳风--磁层相互作用的MHD数值模拟的研究进展.     

厘米-分米波段Ⅲ型爆发的统计分析

统计分析了太阳第23周期间(2000年7月至2004年9月)在625~1500,MHz,2600~3800,MHz和5200~7600,MHz范围频谱仪观测到的Ⅲ型射电爆发. 给出了Ⅲ型爆发的分布、寿命、频率漂移率、偏振度和频率带宽. 结果显示, 频率漂移率和频率带宽的平均值随频率的增加而增大, 寿命和偏振度的平均值既不是常数也不是在宽频延伸上保持均匀不变的.最多的Ⅲ型爆发分布在625~3800,MHz范围内, 且随频率的增加而增多. 分析表明, 电子加速和能量释放地点主要是在分米波范围内, 这个频率范围的特征可能与分米波段上的磁位形有关, 并且与主耀斑地点附近磁重联区中的电子加速有关. 然而, 还有相当数量的Ⅲ型爆发发生在5200~7600,MHz范围内, 这个特征表明电子加速的地点是在一个日冕的宽范围中. 关于厘米relax-relax 分米波段Ⅲ型爆发的辐射机制最可能包含相干的等离子体辐射或电子回旋脉泽辐射过程.     

航天应用FPGA配置可靠性研究

航天应用系统必须保证每一单元的安全性及可靠性. 现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA), 以其I/O管脚丰富、设计灵活等优势, 逐渐被广泛应用于航天领域. 其设计与工艺不断完善, 以适应太空中电子辐射等复杂的工作环境. 由于基于SRAM的FPGA芯片断电后程序丢失, 因此每次上电后都需要先从PROM等外部存储器中加载程序才能正常工作. 然而, 并不是每一个芯片的每一次加载配置都能成功完成, FPGA的上电配置结果将直接关系到卫星任务的成败. 研究发现, 诸如环境温度、信号完整性、供电电压、配置时钟速率等因素会影响FPGA的配置过程, 致使出现偶尔的配置失败, 这在航天应用中是绝对不允许的. 针对实际应用的Xilinx公司FPGA芯片, 为提高上电配置可靠性, 提出了一系列设计保障措施, 在FPGA航天应用领域具有一定的参考价值.     

GPS在气象火箭遥测跟踪上的应用

利用GPS全球定位系统、天线云台和宽波瓣天线组成的跟踪系统, 研究了接收位置信息与跟踪之间的时间差, 气象火箭理论弹道误差导致的中断跟踪,气象火箭探空仪分离后至初次定位前的跟踪, 天线云台转到359°位置后反转359°及跟踪过程中跟踪中断后的继续跟踪等关键问题,成功实现了气象火箭探空仪的遥测跟踪. 该跟踪系统在子午工程气象火箭试验中得到较好的应用, 此种跟踪方式相比传统雷达跟踪方式具有体积小、重量轻、操作简单、成本低、机动性强、跟踪可靠性强等诸多优点.     

太阳活动与全球气候变化

太阳不断向地球辐射电磁波和粒子, 太阳辐射是地球气候系统最主要的能量来源. 地球气候系统对太阳活动的响应是一个复杂的过程, 包括辐射过程、动力学过程以及微观物理过程等. 根据太阳辐射的卫星观测结果和重建结果, 例举了古气候、温度、大气环流和云量等方面太阳影响气候的观测证据, 论述了太阳影响气候的三种可能机制, 即太阳总辐射变化可以影响地表温度, 并通过海-气耦合改变大气环流; 太阳紫外辐射通过调制平流层的温度和风场影响下面的对流层; 太阳通过行星际磁场调制银河宇宙线, 而银河宇宙线通过电离大气影响云量, 进而改变地球的能量收支.     

融合自适应步长与地图匹配的智能手机PDR室内定位算法

围绕全角半球谐振陀螺的典型使用环境特征,对谐振子结构方案进行了深入研究。仿真分析了“等壁厚”“上薄下厚”“上厚下薄”3种结构方案的振动特性差异,发现在谐振子平均尺寸相同的情况下,“上厚下薄”方案的工作频率最高,相邻模态频率间隔最大,且受冲击影响最小。进一步,定量仿真分析了内球面半径、内圆角半径及内支撑柱直径等结构参数对“上厚下薄”谐振子振动特性以及抗冲击性能的具体影响,为陀螺的设计加工提供了有效参考。     

基于加工误差仿真的半球谐振子优化设计

针对半球谐振陀螺谐振子制造过程中存在的加工误差,采用有限元仿真,分析了半球谐振子结构参数、尺寸公差和形位公差变化对其工作模态频率和临近模态频率的影响,研究了半球谐振子形位公差变化对频率裂解和品质因数的影响。通过仿真分析可知,半球谐振子结构参数壁厚、半球中心半径及内倒角半径都会影响模态频率;半球谐振子形位公差中的内外球心距离误差对其工作模态影响较大,中心轴平行误差对频率裂解和品质因数影响较大;半球谐振子壁厚、内倒角半径、小柱半径及内外球心距离误差变化会使工作模态频率与相邻模态间存在干扰。在此基础上,提出了半球谐振子结构参数及形位公差优化设计建议,并通过半球谐振子品质因数Q值和频率裂解测量对该建议进行了验证。     

电子束表面造型对液冷冷板散热性能影响研究

为了获得电子束表面造型对液冷冷板散热性能的影响规律,对带有柱状表面造型的液冷冷板进行数值模拟。结果表明,当冷却液通道中存在柱状表面造型时,可有效提高冷板的散热性能,其中造型高度对冷板的散热性能影响最大,造型流向间距的影响其次,造型直径的影响最小;当柱状造型直径1mm、高度6mm且相邻造型的流向间距为4mm时,冷却液与模拟发热芯片的温差为46.08℃,该冷板的散热性能与空白试样对比可提升23.23%。之后根据模拟结果,制备了具有不同表面造型特征的液冷冷板试样,散热性能测试结果表明,通道内制备柱状造型可提高冷板散热性能达13%以上;但当柱状造型高度4mm,且造型数量较少时,改变柱状造型特征对提升冷板散热性能的影响较小。     

五边平行进近冲突风险定量分析模型

针对飞机五边平行进近时飞行冲突,提出了一种五边平行进近飞行冲突定量分析模型。模型通过飞机在任意时刻的标称位置坐标与因不确定性因素导致的航迹偏移量之和,形成飞机任意时刻真实位置坐标,基于此推导出飞机在五边平行进近时冲突风险计算公式。在分析不确定性因素导致航迹偏离时,提出了一种基于布朗运动的随机过程来描述因干扰因素导致飞机随机运动的方法。在建立模型后,使用蒙特卡罗仿真方法计算了飞行冲突概率,结果理想。     

基于脑电功率谱密度的作业人员脑力负荷评估方法

脑力负荷状态的准确识别对减少因作业人员无效脑力负荷导致的人因事故具有重要意义。针对人-机系统中作业人员脑力负荷客观评估问题开展了基于MATB-Ⅱ平台的3种不同脑力负荷水平下的航空情境实验，记录16名被试的NASA任务负荷指数（NASA-TLX）量表数据和脑电（EEG）信号，提出了一种基于脑电功率谱密度（PSD）和支持向量机（SVM）的个体脑力负荷评估方法。结果表明：随着实验设计脑力负荷水平增加，被试的主观脑力负荷得分显著提高（p<0.001），这表明该实验任务设计较好地诱发了低负荷、中负荷和高负荷情境。在此基础上，通过网格搜索法确定个体脑力负荷评估模型的统一优化参数，惩罚系数取3 000，核函数参数取0.000 1，模型测试正确率达到0.966 5±0.029 8，宏平均的受试者工作特征曲线下的面积（Macro-AUC）达到0.991 0±0.011 4。本文为作业人员脑力负荷状态的客观和准确评估提供了一种新的办法，为后期作业人员脑力负荷状态的实时判别提供模型基础。