基于CO2测量数据的大气辐射传输模型LBLRTM优化

根据TIMED/SABER 2002—2018年的CO₂观测数据,分析CO₂浓度的变化特征.依据变化特征给出了CO₂浓度随时间、高度、纬度变化的月平均拟合公式,利用非线性最小二乘拟合法,对不同高度和不同纬度的CO₂浓度数据分别进行拟合,生成相应的拟合参数.然后,将所有拟合参数汇总并生成拟合参数文件,结合拟合公式构建全球CO₂浓度经验计算模块,并将该模块应用到大气辐射传输模型LBLRTM中,对该模型进行优化.将优化前与优化后的LBLRTM模型模拟结果分别与TIMED/SABER观测数据进行比较发现,优化前的LBLRTM模型模拟结果与观测值的均方根误差为15.4%,而优化后的LBLRTM模型模拟结果与观测值的均方根误差由15.4%下降至8.91%.结果表明该优化方法可以提高LBLRTM模型在红外波段的辐射模拟精度.      

低纬电离层等离子体块相关等离子体泡演化期间的虚高变化

针对东亚地区地磁低纬度南北半球Vanimo台站(地理2.7°S,141.3°E;地磁11.2°S,146.2°W)和海南台站(地理19.5°N,109.1°E;地磁9.1°N,179.1°W)上空的3个电离层等离子体块与等离子体泡相关联的事件,利用地面台站的电离层测高仪连续观测数据,研究等离子体泡演化期间的电离层虚高变...     

超低轨道热层大气密度原位探测

超低轨道(VLEO)由于其轨道较低,在该轨道运行的航天器在对地观测、科学研究方面具有独特优势,但对该轨道的大气密度变化特性认知不足。在阐述国内外超低轨道大气密度原位探测发展历史及现状的基础上,总结了现有超低轨道大气密度原位探测技术,对中国超低轨道大气密度原位结果进行了初步分析和讨论。结果表明：在2020年10月空间环境平静期,250 km和350 km高度大气密度相差一个量级;升降轨期间,超低轨道大气密度每千米分别下降0.025×10^-12 kg/m³和0.041×10^-12 kg/m³,均小于模式值的0.5倍;北纬40°时,处于午夜的升轨段(约250 km)大气密度是处于正午的降轨段(约420 km)大气密度的11.2倍,高度的影响大于地方时的影响;不同纬度下,实测日均值和模式日均值的比值从高纬的0.49降为低纬的0.39,模式值偏大。在超低轨道上,实测值总体上比模式值小,可为大气物理研究和应用研究提供基础数据。     

星载高速串行数据处理系统设计与实现

遥感卫星图像数据量的高速增长,以及遥感卫星搭载的相机不同工作模式下产生的数据差异化处理的需求,为星间数据处理带来了巨大挑战。针对星载Gbit·s^–1级高速数据收发及文件缓存等星间数据处理面临的问题,以百兆每秒级星载高速接收缓存系统为切入点,以遥感卫星数据处理的发展为依据,在分析SerDes传输原理的基础上,采用模型仿真和工程验证的方法,制定了高速串行数据链路层传输协议SSLLP(Satellite Serial Link Layer Protocol)和类文件化高速缓存的策略。在硬件设计和软件开发的基础上,最终完成了具备处理入口速率3.2 Gbit·s^–1并能以类文件化的方式缓存64个数据文件的星载数据处理单元的工程实现。测试结果表明,基于SSLLP的高速串行数据接收正确,缓存策略有效,系统高效可靠。该设计已在某型号任务中取得在轨验证,为星载高速串行数据处理系统提供了参考。     

基于激光雷达实测和动力学仿真方法研究中间层顶垂直风扰动特性

利用中国廊坊台站钠荧光多普勒激光雷达82h垂直风和水平风观测数据,统计得到中间层顶区域中存在10m·-1量级的垂直风扰动和纬向风扰动,其中垂直风扰动远远超过平均风速为-0.015m·-1的背景垂直风速.根据三维准单色重力波的极化关系和色散关系,对高中低三种频率重力波产生的垂直风扰动进行仿真,结果显示在满足短周期、大纬向风扰动条件下,高频重力波能够产生最大10m·-1量级的垂直风扰动,中频重力波能够产生10m·-1以内的垂直风扰动,低频重力波能产生1m·-1以内的垂直风扰动.理论条件下准单色重力波能够产生10m·-1量级的垂直风扰动,钠激光雷达观测到的最大10m·-1量级的垂直风扰动真实存在.研究结果可对高层大气垂直风场探测、垂直风场模拟和重力波参数化提供依据.      

鲲鹏elax-1B火箭头体分离后章动运动分析与仿真

2016年4月鲲鹏elax-1B探空火箭在海南儋州台站发射.箭头与箭体分离之后,瞬间进入大章动运动状态,超出预期设计的技术指标范围.基于这种运动现象,分析了鲲鹏elax-1B头体分离后箭头章动可能的产生原因,建立了稀薄大气下准刚体箭头的姿态动力学方程,并通过数字仿真方法模拟了箭头的章动运动.与实际飞行姿态进行对比,得出了导致章动发散的主要原因,为后续探空火箭的设计提供理论参考.      

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。     

卷积神经网络卫星信号自动调制识别算法

自动调制识别是空间认知通信系统的关键技术,有助于实现自适应信号解调。深度神经网络虽然具有特征提取能力强的优势,但也存在参数众多、计算量大的问题,难以实现空间在轨应用。针对以上问题,提出了一种轻量化、高性能的卷积神经网络结构。网络先提取信号的同相正交相关特征,再提取时域特征,最后提取各通道特征均值进行分类。对11种调制方式分类的实验结果表明:当信噪比高于0 dB时,平均识别准确率能达到86.94%,较传统的高阶累积量的方法提高了31.54%;与目前高识别准确率的深度神经网络模型相比,仅使用不到10%的模型参数,在树莓派4B上计算速度平均提高了20倍。      

利用转移熵研究引起磁暴扰动的太阳风参数重要性排序

磁暴是重要空间天气灾害性事件,能够影响卫星的安全在轨运行和地面电网系统等。目前,对于太阳风–磁层相互作用的研究多集中在分析相关系数的线性关系,而基于信息论的转移熵可以提供强大的无模型有向统计量,可用来分析传统相关性分析和模型假设检测不到的非线性关系。本文利用转移熵的方法,研究了磁暴期间的太阳风驱动参数。利用第23和24太阳活动周的小时精度数据进行长时间尺度分析,发现太阳风向地磁的信息传递呈双峰分布,表现出与太阳活动水平的一致性。利用2010-2018年93个地磁暴期间的分钟精度数据进行短时间尺度分析,结果表明：行星际电场(E)和行星际磁场南向分量(B z)对地磁指数Sym-H在时间延迟为60 min时信息传递较强,而太阳风速度v_{s w}、温度T _sw、数密度D_sw、磁场B和动压P_sw对Sym-H指数的信息传递较弱。上述研究结果能够为太阳风–磁层相互作用的建模提供参数选择及确定预测范围的依据。     

GNSS极化测量降雨正演模拟与实验对比

研究证明,全球导航卫星系统（GNSS）极化无线电掩星（PRO）技术可以用于探测降雨。利用GPM DPR降雨率数据与PAZ卫星极化相移观测数据匹配,筛选出代表性降雨事件。通过选用TB等7种雨滴形状和MP等5种雨滴谱模型,采用T矩阵法对各事件进行正演,并分析PAZ极化相移的线性校正值、天线相位校正值与正演模拟值之间的关系。对比分析得出线性校正值、相位校正值与模拟值的相关系数分别为0.9994和0.9933,均方根差分别为0.3429和1.2765。模拟值与实测值之间高度相关,且更接近线性校正值。进一步的研究表明,模拟降雨率在1 mm·h–1以下的事件时,雨滴谱采用MP或JD分布,雨滴形状采用SC或PB的模拟精度更高;降雨率在1 mm·h–1以上的事件,雨滴谱采用MP或 SS分布,雨滴形状采用TB的模拟结果最优。