Using high-energy proton fluence to improve risk prediction for consequences of solar particle events

The potential for exposure to large solar particle events (SPEs) with high energy levels is a major concern during interplanetary transfer and extra-vehicular activities (EVAs) on the lunar and Mars surface. Previously, we have used data from the last 5 solar cycles to estimate percentiles of dose to a typical blood-forming organ (BFO) for a hypothetical astronaut in a nominally shielded spacecraft during a 120-d lunar mission. As part of this process, we made use of complete energy spectra for 34 large historical SPEs to calculate what the BFO mGy-Eq dose would have been in the above lunar scenario for each SPE. From these calculated doses, we then developed a prediction model for BFO dose based solely on an assumed value of integrated fluence above 30 MeV (Φ₃₀) for an otherwise unspecified future SPE. In this study, we reasoned that since BFO dose is determined more by protons with higher energies than by those with lower energies, more accurate BFO dose prediction models could be developed using integrated fluence above 60 (Φ₆₀) and above 100 MeV (Φ₁₀₀) as predictors instead of Φ₃₀. However to calculate the unconditional probability of a BFO dose exceeding a pre-specified limit (“BFO dose risk”), one must also take into account the distribution of the predictor (Φ_30,Φ₆₀, or Φ₁₀₀), as estimated from historical SPEs. But Φ₆₀ and Φ₁₀₀ have more variability, and less available historical information on which to estimate their distributions over many SPE occurrences, than does Φ₃₀. Therefore, when estimating BFO dose risk there is a tradeoff between increased BFO dose prediction at a given energy threshold and decreased accuracy of models for describing the distribution of that threshold over future SPEs as the threshold increases. Even when taking the second of these two factors into account, we still arrived at the conclusion that overall prediction improves as the energy level threshold increases from 30 to 60 to 100 MeV. These results can be applied to the development of approaches to improve radiation protection of astronauts and the optimization of mission planning for future space missions.     

空间非合作目标的相对导航粒子滤波算法

针对激光交会雷达作为在空间交会对接过程中的相对导航敏感器,研究了未来特殊背景下,非合作目标航天器对雷达信号发射干扰的情况下的相对导航滤波算法.针对高维模型计算量大的特点对传统粒子滤波算法进行了改进,并与扩展卡尔曼滤波器进行了仿真比较,仿真结果表明改进后的粒子滤波器的滤波效果远远优于扩展卡尔曼滤波器,且计算量优于传统粒子滤波.     

基于MSDM方法的粒子-固壁侵蚀效应研究

为研究导弹发射过程中发动机喷出的高温高速粒子对发射装置壁面的冲刷和侵蚀作用,利用MSDM(微尺度动力学模型)方法,建立了粒子对固壁材料的冲刷侵蚀模型,对粒子入射速度、入射角度、粒子尺寸及固壁材料特性等影响侵蚀效应的因素进行了研究,获得了粒子入射条件、固壁材料特性与侵蚀效应的相互关系.用MSDM方法将粒子和固壁离散为具有一定连接关系的微团质点,并利用材料属性和牛顿运动关系确定了微团间的相互作用和运动过程.研究表明,该方法在分析粒子-材料侵蚀方面具有一定效果.     

一种基于二级变维Kalman滤波的跟踪算法

Kalman滤波器是一种高速的目标跟踪器.针对不同阶数的Kalman滤波器具有不同的跟踪能力与跟踪效率之间存在的矛盾,设计了一种自适应Kalman滤波算法.该算法使用两级滤波器,根据目标机动性的变化,适当的调整滤波器的阶数,使跟踪结果快速收敛,很好地解决了矛盾.通过对仿真结果分析表明,算法具有可靠、计算简便、快速等特点,模型滤波精度较高,并可实现实时跟踪预测,具有一定的理论价值和实用价值.     

基于粒子群算法的翼型优化设计

采用粒子群算法（PSO）对层流翼型进行了以提高升阻比为目标的优化设计。翼型的设计达到了设计要求,优化设计后的翼型气动特性也有显著地改善,这表明了粒子群算法应用于翼型气动优化设计的可行性。在优化设计的过程中,粒子采用递减惯性权重,以加强粒子初期的全局搜索能力与后期的局部搜索能力。翼型由解析函数线性叠加法表示,目标函数和粒子的适应度由基于二维欧拉方程的流场数值解来提供。     

一种新的星载GPS定轨滤波算法

针对传统EKF(Extended Kalman Filtering)算法应用于星载GPS(Global Positioning System)低轨卫星定轨时系统噪声方差初值不易确定的问题,提出了一种新的定轨滤波算法.该算法在非线性方程线性化过程中,在前一时刻滤波估值点进行线性化,从而得到扰动方程,并将该扰动方程引入到传统EKF进行滤波处理.该算法与传统EKF分别应用在星载GPS低轨卫星的定轨中,通过比较,结果表明改进的算法在一定程度上抑制了由于系统噪声方差阵选取偏差较大而引起的滤波发散现象,且对于系统噪声方差的初值选取有较强的鲁棒性.      

抑制复原图像振铃波纹的频域循环边界算法

提出了一种基于Wiener滤波的频域循环边界复原算法,并给出了有效的规整化表达式和信噪比估算方法.复原算法首先将原观测图像按反射对称的方式延拓,形成一个新的观测图像(称为延拓图像);然后,用Wiener滤波算法复原延拓图像,并取延拓图像的复原图像的主值序列作为原观测图像的复原图像.对延拓图像在频域进行复原处理时,需要使用FFT(Fast Fourier Transform)技术,将延拓图像进行周期延拓,因其结合边界在垂直方向上的梯度为零,且边界平滑满足微分条件,抑制了复原图像的振铃波纹.复原过程中,将噪声与原始图像的功率谱之比规整化为原观测图像信噪比的函数.实验结果表明,该算法对周边区域梯度变化较大的观测图像复原效果较好.      

聚合物基纳米复合材料的理论研究进展

讨论了国内外关于聚合物基纳米复合材料的理论研究,包括聚合物/层状结构硅酸盐PLS(Polymer-Layer Silicate)纳米复合材料的热力学、动力学和微观力学,以及聚合物/颗粒状无机纳米复合材料的纳米微粒分散原理、纳米粒子尺寸与复合材料性能之间的关系等.      

具有约束项的自校准卡尔曼实时滤波定轨方法

针对在传统卫星定轨方法中存在的轨道根数解算复杂 ,实时定轨精度低 ,以及系统误差校不准等问题 ,提出并详细阐述了具有约束项的自校准卡尔曼实时滤波定轨方法。该方法复杂度低、实时性强、计算量小 ,仿真结果表明该方法同时具有收敛速度快、定轨精度高的优点 ,具有很好的应用前景     

卫星姿态测量信息的二阶非线性滤波技术研究

卫星应用任务要求卫星姿态在空间保持高精度定向 ,为此有必要研究精确的递推非线性姿态估计算法。文中针对星光 陀螺这种典型的三轴稳定卫星姿态确定系统模式 ,应用基于二阶泰勒级数近似得到的非线性滤波算法处理姿态测量信息 ,设计了二阶非线性姿态估计器的实现方案。在设计过程中 ,把QUEST法作为矢量观测数据压缩技术有效地结合进姿态估计器中 ,使得在多矢量观测情况下的滤波修正算法得到了简化。相同条件下的仿真测试结果证明 ,二阶非线性姿态估计器的滤波性能要优于采用扩展卡尔曼滤波技术的一阶线性姿态估计器