我国地球空间探测的一个新台阶--"地球空间双星探测计划"

地球空间双星探测计划包括的两颗小卫星,分别运行于目前国际上地球空间探测卫星的尚未覆盖的近地赤道区和近地极区。双星计划的主要科学目标是：用高分辨率的仪器在近地空间的主要活动区（包括近地等离子体片及其边界层区、辐射带区、环电流区和极光加速区）探测场和粒子的时空变化;研究磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴的触发机制及磁层空间暴对太阳活动和行星际扰动的响应过程;建立地球空间环境的动态模式。为了实现科学目标,赤道卫     

超导纳米线单光子探测技术进展

超导纳米线单光子探测技术自2001年出现以来,已经成为超导电子学领域的一个热点研究方向.作为一种新型的单光子探测技术,其具有探测效率高、暗计数低、时间抖动小、计数率高、响应频谱宽、电路简单等优势,综合性能在近红外波段已经明显超越传统的半导体探测技术,成为一种主流的单光子探测技术.本文从应用基础角度出发,对超导纳米线单光子探测器件的材料、器件工艺、性能、系统集成以及前沿应用等进行介绍,并对国际上该领域研究未来的发展趋势进行探讨.     

乌苏里江水深遥感反演

文中在分析卫星遥感测深机理的基础上,利用SVCHR-1024高光谱成像仪确定了可见光反演水深的最佳波段,通过对HJ星CCD数据各波段反射率、波段比值组合对水体、水深的敏感性分析,建立了适合于乌苏里江的单波段对数水深反演模型,从而快速获取乌苏里江河道地形信息,并探测了河道深泓线,整体精度达到80%以上.遥感反演水深可快速探测河道深泓线的方法,为乌苏里江河势演变研究提供了新的思路.     

星冕物质抛射的探测与建模

日冕物质抛射(coronal mass ejection, CME)是从太阳上抛出的大团等离子体云.在其他恒星上,类似的现象被称为星冕物质抛射(简称恒星CME).基于对日冕物质抛射的理解,人们相信,星冕物质抛射可能是恒星-系外行星系统中空间天气最主要的驱动源,因而是恒星影响其行星的一个关键途径,在太阳系外的宜居世界形成过程中占有重要地位.此外,在恒星演化的部分时期,频繁发生的CME还可能对恒星的质量和角动量损失有重要贡献.尽管从不同波段的观测数据中,人们认证出了少数的恒星CME候选体,但迄今尚无学界公认的、确切的恒星CME观测证据.本文总结了在不同波段探测恒星CME的可能方法,介绍了目前已经开展的关于恒星CME探测的有益尝试,以及恒星CME及其与系外行星相互作用的建模进展.在对现有研究不足之处进行分析的基础上,本文还探讨了未来恒星CME探测和建模研究的方向.     

基于神经网络模型的紫外极光卵边界建模

极光卵的尺度大小和太阳风、磁层、电离层以及它们间的耦合过程有密切的联系,会随着空间和地磁环境的变化而变化.建立准确的极光卵边界预测模型对空间天气的预报以及了解日地关系具有重要意义.本文利用误差反向传播(back propagation, BP)神经网络和广义回归神经网络(general regression neural network, GRNN)两种神经网络模型对极光卵边界进行建模.结果显示GRNN的极光卵边界模型具有较高的准确性,赤道向边界预测平均绝对误差在0.77～1.20磁纬度(MLAT);极向边界预测平均绝对误差在0.83～1.39 MLAT.基于GRNN的极光卵边界模型预测准确性分别在极向边界和赤道向边界的整个磁地方时(MLT)上比BP神经网络的极光卵边界模型平均提高了0.74和0.73 MLAT,比多元线性回归模型平均提高了0.82和0.82 MLAT.而在模型的外推性方面, GRNN的极光卵边界模型的外推性优于BP神经网络的极光卵边界模型,与多元线性回归模型接近.     

一种新型零相位因子LEO/MEO双层卫星光网络

相对于微波卫星通信,卫星光通信具有容量大、速率高、高保密性和抗干扰性等优点.利用星间激光链路连接高中低轨道卫星形成空间信息高速公路将在通信、导航、军事侦察、遥感遥测以及深空探测中发挥巨大作用.文中利用覆盖带法,设计了全球连续覆盖低轨道(LEO)/中轨道(MEO)双层卫星光网络结构.LEO层是一个零相位因子walker-δ星座,系统具有准静态的Mesh逻辑结构,MEO层由赤道和极地轨道两个轨道组成,可以有效地覆盖LEO层.覆盖性能结果表明,该网络上升轨道卫星对全球提供99.9%的平均覆盖,对我国提供100%的覆盖.系统可为我国提供单星可见21°的最小仰角,双星可见16°的最小仰角.链路空间位置性能仿真表明,零相位因子星座相邻节点星间链路性能在仰角、方位角和距离上优于非零相位因子星座,非常适合激光链路.激光链路通信性能仿真表明,当卫星光通信在几个GBit/s的较低通信速率时,短波长和长波长波段误码性能相差很小,随着高达100GBit/s通信速率的出现,1550nm波段是一个明智的选择.     

兆瓦级锂冷空间核反应堆电源方案设计与研发进展

空间核反应堆电源因具有能量密度大、输出功率高、持续时间长、环境适应性强等优势,是未来大功率长寿期航天任务及深空探测任务能源供应的优选路线.本文在分析兆瓦级空间堆电源研发需求与选型特点的基础上,提出并设计了一套兆瓦级小型锂冷空间堆电源技术方案,该方案采用锂冷反应堆与布雷顿发电系统耦合,具有轻量化、长寿命等特点.本文针对该方案梳理了所涉及的关键技术,介绍了在技术分析论证、相关验证样机和实验平台研制的进展情况,并在此基础上提出我国未来发展大功率空间堆电源的建议.     

包含有界切换增益的空间惯性传感器输出调节积分模型参考自适应控制

基于输出调节的多变量模型参考自适应控制(model reference adaptive control, MRAC)用于解决系统状态不可直接获取时,多变量系统向参考系统的稳定输出跟踪问题.在空间引力波探测航天器内部惯性传感器静电悬浮控制中,考虑到其作为航天器平台惯性基准的稳定需求,双质量块动力学中存在的不连续干扰影响,以及应对不同工作模式的瞬态切换,提出一种基于积分输出调节MRAC的静电悬浮控制方案,引入有界的切换自适应校正增益及自适应积分修正项,用于系统不连续情况下的抗输入饱和、瞬态抑制及惯性传感器非敏感轴各自由度向参考状态的稳定逼近.基于Filippov集与广义梯度的Lyapunov分析验证该方案下,不连续系统中各闭环信号的收敛性,数值仿真验证样例空间引力波探测航天器中,作为关键载荷的双质量块空间惯性传感器各非敏感轴自由度针对位移噪声及残余加速度及切换瞬态的良好抑制效果.     

上转换单光子探测器最新进展

单光子探测器的研制是量子光学和量子信息领域的一个重要研究课题.本文提出了一种基于长波泵浦频率转换技术和多模光纤耦合接收方法的新型上转换单光子探测器,有效的解决了上转换单光子探测器所面临的高噪声和系统不稳定等问题,成功获得最高量子效率为27%,噪声仅2800Hz的实验结果.该方法不仅降低传统上转换探测的噪声,并且大大提高了系统的稳定性,为实用化上转换单光子探测器提供了可能.     

基于△DOR信号的高精度VLBI技术

在嫦娥二号（CE-2）工程中,我国首次开展了X波段ADOR测量实验,获取了ADOR信号的VLBI时延数据,并用于精密定轨．本文给出了CE-2中ADOR信号的VLBI测量与数据处理方法,结合我国VLBI测量系统对时延数据进行了误差分析及精密定轨分析．结果表明：ADOR信号的VLBI时延精度优于0．5ns,比利用S波段信标的测量精度提高约一个数量级．本研究成果为后续的月球及深空探测高精度测定轨提供了重要的技术手段．     

混沌激光相关法光时域反射测量技术

提出一种新型的光时域反射测量技术,即混沌激光相关法,可突破脉冲飞行法和伪随机信号相关法的瓶颈,获得与测量距离无关的高精度测量.利用长外腔光纤环反馈半导体激光器产生宽带混沌激光作为探测信号,进行光纤反射点探测及分辨率的实验验证,并分析了探测光的衰减对测量结果的影响.结果表明,该技术测量光纤反射事件可获得优于6 cm、与事件位置无关的空间分辨率和至少25km的测量范围.     

碲镉汞红外探测器研究进展

基于碲镉汞材料体系,现代红外探测器技术进入体系化发展快车道,经过近六十年发展,碲镉汞红外探测器俨然成为高性能红外探测器的基线,已经完成三代迭代,正在开展第四代探索.近几十年来,锑化铟、量子阱、二类超晶格、量子点等材料体系对碲镉汞体系展开了全面竞争,至今仍未找到一种材料体系能够全面对标碲镉汞.昆明物理研究所独立完成国内第一代红外探测器研制生产、第二代红外探测器量产和第三代红外探测器工程化,中波、短波面阵规模达到2048×2048,双波段面阵规模达到640×512,甚长波后截止波长达到15μm以上,温度分辨能力达到3 m K,中波探测器工作温度达到150 K,接近国际先进水平.近年来,围绕新一代红外探测技术,昆明物理研究所提出以光子计数级极限灵敏度、多维信息全光感知为主要特征,以超越规模、超越像元、超越光伏为主要途径,以看得透、看的住、看得巧为主要目标的新一代红外探测技术具体内涵,推动红外光电探测应用更新换代.     

基于用地开发强度决策支持系统的大尺度城市空间形态优化控制

以常州老城为例,介绍了基于用地属性相似关系所研制的2.0版用地开发强度决策支持系统,该系统通过引入体现随机性的相似关系算法,得到各用地开发强度的合理波动区间,该结果基本符合规划决策经验和实际情况,体现了容纳现实偶然性的决策理性.通过振幅调节、参照地块次数、差异度控制和开发强度总值等参数设定,规划设计人员可有效控制系统运行过程和结果,体现城市设计意图,适应不同城市特定情况.在此基础上,结合不同开发强度和用地性质的典型街区模式菜单,尝试建立了一套运用该系统进行大尺度城市空间形态优化控制的技术路线和方法,对于解决我国当前城市发展无序的问题具有重要的现实价值.     

法国的空间探测技术产品

SMART 1是欧洲第一个月球研究计划 ,由欧洲空间署(ESA)领导 ,瑞典空间署负责具体实施。该计划实际上是对有关技术进行检测 ,以验证用于星际旅行的电力推进技术的可能性。法国正以创新的方式加入这一计划 ,向其提供一台静止等离子推进器和一台摄像机 ,并参与开发用来检测月球起源模式的仪器。法国的贡献具有革新意义 :一台静态等离子推进器 ,一台微型摄像机 ,并由辐射空间研究中心 (CESR UPS)研制以检测月球起源模式为主要目的的D CIXS仪器。静态等离子推进器以及全部推进系统由斯奈克玛发动机公司 (SNECMAMoteurs)为欧洲空间署 (…     

嫦娥二号卫星技术成就与中国深空探测展望

嫦娥二号卫星是中国第二颗月球探测卫星,设计主要目标为先期验证后续月球着陆任务的部分关键技术,并深化月球科学探测.圆满完成既定任务后,嫦娥二号飞离月球,进入行星际空间,在国际上首次实现从月球轨道转移日-地拉格朗日L2点.此后,在距地700万千米,实现国际上首次与4179图塔蒂斯小行星近距离交会并获取最高分辨率优于3m的光学图像.本文主要描述了嫦娥二号卫星的主要任务要求、任务特点、研制历程、在轨飞行评价、扩展任务、后续飞行状态和取得的主要技术成就.在分析、对比国内外深空探测现状的基础上,提出未来我国深空探测后续发展的几点建议.     

掺稀土光子玻璃近中红外发光与激光

掺稀土光子玻璃在光纤通信、激光雷达、远程遥感、红外探测以及生物医疗等领域有着重要的应用前景.目前,所广泛采用的石英基光子玻璃存在稀土掺杂量低、发光带宽窄、声子能量大和增益系数低等本征因素,制约着相关材料和元器件的发展.因此,研究和发展新型光子玻璃和光纤以适应新波段尤其是近中红外材料与器件的需求非常必要.本文概述了掺稀土光子玻璃在光纤放大器和光纤激光器中的重要应用,归纳了实现近中红外发光与激光对稀土离子和基质材料的基本要求,重点阐述了发射波长在1.0,1.5,2.0和3.0?m波段掺稀土光子玻璃及光纤与元器件的最新研究进展,指出了掺稀土光子玻璃近中红外发光与激光所面临的挑战,对其未来的应用和发展方向做出了展望.     

基于模拟有限差分的嵌入式离散裂缝数学模型

嵌入式离散裂缝模型划分网格时不需要考虑油藏内的裂缝形态,只需对基岩系统进行简单的网格剖分,可以大大降低网格划分的复杂度,从而能够提高计算效率.并且该模型可以将现有成熟的油藏数值模拟技术和离散裂缝网络模型有机地结合起来,能精细地模拟流体在裂缝性油藏中的流动.本文模型求解采用模拟有限差分方法,该方法基于单个网格的节点和面信息构造数值计算格式,理论上适用于任何复杂网格系统,且具有良好的局部守恒性,将其推广到嵌入式离散裂缝模型后,克服了该模型基于有限差分方法求解时不能有效处理全张量形式的渗透率以及不适用于复杂边界形状裂缝性油藏的局限性.最后通过实际算例验证了本文方法的正确性和优越性.     

基于混合像元分解的遥感图像融合实用算法

传统的图像融合算法,如IHS变换、合成变量比、主成分替换等方法所得到的融合图像通常存在不同程度的光谱扭曲现象.一种基于混合像元分解的图像融合算法(FSMA)可以很好地保持图像的光谱信息,但该算法仅在以终端端元为先验知识的模拟数据中得到了成功的应用.分析表明,由于全色波段与多光谱波段光谱响应函数不同以及多光谱波段通常不能覆盖整个全色范围,原有的FSMA算法并不能直接应用到真实遥感数据中.文中提出了一种改进的基于混合像元分解的图像融合算法(IFSMA).该算法通过重构原有算法中优化问题的目标函数,降低了对利用多光谱数据模拟全色波段亮度值的难度,使得基于混合像元分解的图像融合算法可以推广应用到真实遥感数据中.实验结果表明,IFSMA算法在光谱信息和空间信息的保持方面均优于IHS变换、合成变量比、主成分替换以及原有的FSMA等算法.     

基于光纤延时线的低相噪光电振荡器与高灵敏度相噪测量系统的研制

采用双环注入锁定的方案来实现X波段超低相噪、小杂散光电振荡器(opto-electronic oscillator,OEO).基于近似线性理论,对注入锁定双环OEO建立了新的理论解析模型,并基于该模型分析了注入信号功率对注入锁定双环OEO相噪、杂散的影响.结果表明,适当的注入功率是同时保证低相噪与小杂散的关键.搭建基于光纤延时的载波抑制相噪测量系统,采用高线性度光电探测器与低相噪微波放大器来提高系统的灵敏度,并采用双通道互相关方案来进一步降低测量系统的噪底.实现了X波段OEO的超低相噪(-125 dBc/Hz@1 kHz,-145 dBc/Hz@10 kHz)与测量系统的超高灵敏度(-130 dBc/Hz@1 kHz,-168 dBc/Hz@10 kHz),国内无相当指标报道,接近国外文献报道过的最好指标.     

嫦娥三号月球车机械臂探测点定位方法

结合中国嫦娥三号月球车探测的科学应用目标,提出了一种基于投影变换的机械臂探测点定位方法.该方法在总结鱼眼镜头成像模型基础上,建立球面投影与透视投影间的转换关系,求得球面投影中像主点坐标和球半径,利用相关参数将球面投影图像转化为透视投影图像;结合月球车上鱼眼相机的安装位置相对固定,将转换后的透视投影图像重采样生成核线影像.利用相关系数和最小二乘匹配,在鱼眼相机核线影像上实现特征点的亚像素级匹配.通过前方交会计算探测点的三维坐标,并结合探测点邻域点坐标拟合最佳空间平面,获取平面的法向量,即机械臂探测点的定位.采用该方法对仿真图像进行了定位计算,并将计算值与仿真真值进行比较,总误差约为2 mm.实验结果表明,该方法完全能够满足嫦娥三号月球车机械臂探测的定位精度.