深空站区域对流层延迟模型构建及在嫦娥四号中的应用

深空干涉测量系统实时模式下主要依赖经典模型进行对流层延迟修正,但修正效果不佳,严重限制了实时测量精度.基于此,本文构建了一种区域高精度对流层延迟模型.首先,通过对流层延迟实测值与模型值的比对确定了Saastamoinen模型天顶延迟估计的修正系数,修正后对流层天顶延迟偏差由1.24 ns降至约0.9 ps;其次,为突破Saastamoinen模型气象数据约束,提出了高程修正的UNB3m模型,建立了测站区域大气参数估计模型,大气压强、温度、水汽压的估计偏差分别约为3.9 mbar, 6.7 K, 0.63 mbar,由大气参数模型值与实测值得到的对流层天顶延迟偏差约为14 ps,显著增强了天顶延迟估计的实时性;最后,通过分析Niell映射函数规律,确定干映射参数a为响应的主要影响参数,进一步通过最小二乘处理得到了参数a的最佳值.结果表明在仰角10°时,对流层延迟偏差约0.3 ns,相对缩小近1个量级.利用本文所提模型,嫦娥四号探测器实时定轨残差与事后对流层延迟实测值条件下的结果基本一致,相对原始对流层模型下的定轨残差显著改善.本文所提对流层区域模型不依赖于大气参数实测数据,估计精度高,可显著改善深空干涉测量实时定轨支持能力.     

热红外双通道差分模型交叉定标

通过对水体目标热红外辐射传输方程进行推导和变换,建立热红外双通道交叉定标差分模型,克服辐射传输模拟法定标过程中不能真实反映成像时大气条件的不足,提高定标精度.地表、大气和表观能量解析表明,待定通道表观亮温是参考通道表观亮温的差分组合,差分模型避开了成像时大气分层温度和密度状态的影响,唯一需要考虑的是水汽吸收的影响.通过对742条中纬度TIGR大气廓线数据（柱水汽含量范围0～5×103atmcm）的拟合误差分析表明,当参考通道和待定通道观测天顶角在30？以内时,差分模型对水汽含量大小并不敏感,最大误差在0.2K以内,40？以内时最大误差在0.3K,50？以内时最大误差在0.6K,当超过50？时误差不确定性增加,因此差分模型最佳观测角度在30？以内而不要超过50？.青海湖场地替代定标结果作为真值的精度验证表明,以MODISB31,32作为参考通道对IRSB08通道进行的差分模型交叉定标精度与场地替代定标精度一致,差分模型可以作为在轨传感器一种高精度和高频率的替代定标和真实性检验的手段.     

极光沉降粒子在极区大气中传输的数值研究

从Boltzmann方程出发,根据带电粒子在中性大气中的传输理论,综合考虑弹性散射、激发、离化以及二次电子生成等重要物理过程,用数值方法求解沉降电子传输方程,获得随高度、能量和投掷角变化的微分沉降电子数通量．在单成分（N2）大气近似条件下,模式计算结果较好地描述了沉降电子通量谱在极区高层大气中的传输规律和特性;由沉降电子微分通量计算得到的中性成分电离率主要特征与已有经验模式较好地吻合．将FAST卫星飞越EISCAT雷达上空时观测到的沉降电子能谱作为模式输入,计算获得了与由雷达观测数据反演得到的中性大气电离率相一致的结果．     

球形卫星轨道大气就位探测初期结果

球形卫星是我国首颗集大气成分、大气密度探测和精密定轨为一体的球形小卫星,主要载荷为轨道大气探测仪,于2021年10月14日发射入轨,轨道高度为520 km,倾角为97.4°.本文简要介绍了轨道大气探测仪,并对在轨初期的测试结果进行了分析和讨论.大气密度实测值与F10.7和Kp值具有强相关性; 2021年11月3日太阳和地磁活动宁静期大气密度峰值与谷值比为3.02; 2021年11月4日较强磁暴事件期间全球大气密度实测峰值由2.8×10^-13kg/m³跃升到8.0×10^-13kg/m³,涨幅达2.857,而模式值涨幅仅为1.316倍,实测值还显示了此次事件期间大气密度强增强起始于南极及高纬地区,并向中低纬区域传播,而模式值则仅显示了暴时大气密度南北半球对称弱增强的态势.结果表明,实测数据反映了轨道大气密度在宁静期和磁暴事件期间的时空分布变化,在大量实测数据基础上可实施对热层大气模式的修正.     

利用MODIS反演武汉东湖叶绿素a浓度

以武汉东湖作为研究区域,对经过大气校正后MODIS影像的波段反射率与叶绿素a浓度实测值进行相关分析,分别应用BP人工神经网络模型和线性回归模型对武汉东湖的叶绿素a浓度进行了反演,并对两种反演方法的拟合和预测效果进行了比较.利用BP神经网络反演得到的拟合值与叶绿素a实测值的拟合效果略好于线性回归方法得到的结果,神经网络模型的可决系数R2值0.90大于线性回归模型的R2值0.820.神经网络模型预测的最小绝对误差为0.07 μg/L,线性回归模型的最小绝对误差为2.08 μg/L.最后分析了两个模型各自的优势,将模型应用到武汉东湖2008年5月19日的MODIS影像上反演出东湖水体叶绿素a浓度的分布情况,并对东湖水质进行了评价,结论与多年的地面监测结果一致.     

HJ-1星CCD相机交叉定标不确定性分析

传感器辐射定标是定量遥感的前提和基础,不确定性分析是保证交叉定标精度的关键.本文通过重新定义定标系数及光谱匹配因子,将定标系数cci定义为归一化表观反射率定标系数,光谱匹配因子定义为归一化表观反射率之比,改进了交叉定标公式.然后通过对比交叉定标的理想状况与实际条件,提出了交叉定标不确定性的八大来源:标准传感器自身定标不确定性、像元匹配不确定性、定标点海拔设置引起的光谱匹配因子不确定性、大气参量设置引起的光谱匹配因子不确定性、地表光谱数据来源引起的光谱匹配因子不确定性、地表二向反射特性引起的光谱匹配因子不确定性、大气辐射传输模型精度引起的光谱匹配因子不确定性以及其他未考虑因素引起的定标结果不确定性.最后针对HJ-1星CCD相机进一步分析了各不确定性来源的贡献大小,为交叉定标选择各种替代措施的可行性提供了判断依据.     

航天成像光谱仪CHRIS辐射与光谱性能评价

CHRIS是欧空局于2001年10月成功发射的PROBA卫星上搭载的探索性高光谱遥感器,它共有5种可选择的作业模式,在可见光到近红外(0.4～1.05μm)范围,最多可以获取62个波段.文中采用基于图像自身的大气校正方法(模型法ACORN和经验法),在图像上选取最具代表性的植被和土壤光谱,对CHRIS这一新型的航天成像光谱仪进行了光谱与辐射性能评价.计算显示,ACORN校正得到的玉米反射率在498～750nm波长区间能够较好地表征植被的反射率光谱特征(如红边特征),尤其是在对气溶胶敏感的蓝光部分比经验方法更有优势,但是在750nm之后就有很大偏差,表明CHRIS在750nm之后的波段存在光谱定标误差;土壤光谱反射率在800nm之后有递减的误差趋势,表明CHRIS在部分波长区间还不能满足模型法大气校正的要求;ACORN反演得到的水汽含量分布图上存在的竖条纹,则表明CHRIS的辐射定标性能的不足.CHRIS仪器作为欧空局第一个真正意义上的航天高光谱遥感器在光谱和辐射性能上仍有待改善.     

复合高斯杂波中知识辅助检测器的先验信息感知方法

利用先验信息可以提高雷达目标的探测能力,若先验信息与当前探测环境不匹配,知识辅助检测器的性能会受到影响.本文针对Bayes框架下的复合高斯杂波中的知识辅助检测器,提出了杂波纹理分量先验分布参数的感知方法.首先阐述了知识辅助检测器先验信息感知的一般方法.然后针对基于杂波纹理分量先验信息的知识辅助检测器结构,建立了先验模型参数失配与知识辅助检测器检测性能之间的量化关系.进一步利用知识辅助检测器对当前杂波场景进行探测,获得检验统计量和虚警率测量值,从而构造纹理分量分布参数的约束关系.通过分析多个约束关系的交点,获得杂波纹理分量先验分布参数的感知值.计算机仿真分析了这种感知方法的可行性,并利用实测杂波数据对感知方法进行了验证.通过知识辅助检测器检测性能对比分析,采用感知方法获得的先验信息模型参数能够进一步提高检测器的性能.     

重力波波包在临界层附近的传播

应用二维可压大气线性与全非线性数值模型, 模拟了重力波波包在临界层附近的传播. 对线性传播的波包来说, 临界层相互作用与线性理论描述非常一致. 大初始振幅尽管会使对流不稳定条件在传播过程中得到满足, 但波包并不会因此变得不稳定. 在无风背景中, 重力波波包的位能和动能可以自由转化. 在进入切变风场后, 在线性传播中这种转化将立即停止; 而非线性传播过程中该转化仍将继续. 非线性作用显著改变了背景平均流, 减小了波包的动量和能量传输速度, 降低了临界层高度; 并使得波包的部分区域变得不稳定, 破碎成更小尺度运动. 波破碎首先消耗动能. 在破碎发展到一定程度后, 位能也开始损耗. 这表明, 是剪切不稳定首先导致了波破碎的发生.     

深海热液羽流动力学特性的数值模拟研究:以卡尔斯伯格脊大糦热液区为例

建立了基于雷诺平均方法的计算流体动力学模型以模拟深海层化环境下高温热液羽流的上升、扩散和湍流混合过程,并应用于研究西北印度洋卡尔斯伯格脊大糦热液区羽流的特性.根据现场测量数据,分析了模型的参数敏感性,重点讨论了喷口流量、环境浮力频率等因素对羽流运动过程的影响.计算得到了层化海洋环境中热液羽流的三层流场结构形态以及最大上升高度、中性浮力高度等关键环境参数.结果表明,经典卷吸假设仅适用于0.6倍最大上升高度以下的羽干区域,而中性层水平输运和羽帽区循环等作用使得羽流上部具有复杂的结构;湍流动能和湍流耗散率均在热液口附近达到最大值,而湍流黏度的最大值却出现在羽帽区,说明羽帽区存在强烈的湍流混合.通过所建立的模型对大糦热液区所探测到的热液羽状流进行了定量模拟,其结果得到了现场观测数据的验证,并估计了高温热液喷口的热通量约为39.38 MW.研究结果对海底热液喷口的示踪、海洋物质能量循环过程研究和海底多金属硫化物资源勘查与环境评价具有支撑价值.     

输电线路雷击过程分析的雷电通道分形模型

如何合理进行输电线路的防雷分析是线路设计的关键问题之一．本文对分形模拟应用到输电线路防雷中的三个重要问题,即上行先导起始的判据和实现、与雷电流幅值建立联系及分形维数的计算和控制,进行了讨论．分析结果表明,线路即使满足电气几何模型的完全屏蔽条件,仍然存在绕击跳闸的可能性．作为方法的进一步应用,我们还计算了超高压交流线路在不同地面倾角下的绕击跳闸率以及特高压直流线路一个档距内的雷击落点分布特征,可发现线路防雷中的薄弱环节．本文工作为优化避雷线与导线的排列方式提供了一个有潜力的方法,工程中可以适当地控制避雷线和相导线或极导线的弧垂来降低线路的绕击概率．     

磁暴期间外辐射带的1.5～6.0MeV电子通量变化

由于CME与CIR的太阳风/行星际磁场结构有所差别,所以在这两种太阳风/行星际结构触发的地球磁暴期间,太阳风等离子体与能量通过磁重联向地球内磁层的注入过程也不相同.因此对于CME引发的磁暴与CIR引发的磁暴,辐射带高能电子通量的变化有显著差异.通过SAMPAX卫星观测的数据,本文分别对54个CME触发的磁暴与26个CIR触发的重现性磁暴期间1.5～6.0MeV电子外辐射带的动态变化进行了研究.结果表明,在主相期间,对于CME磁暴,电子通量在6≤L≤7的区域出现了显著增强.在Dst指数（中值）达到最小值（-201nT）时,外边界的位置移动到L=4附近.对于CIR磁暴,主相期间,没有在6≤L≤7区域观察到通量的显著增强.而当Dst指数（中值）达最小值（-58nT）时,外边界的位置移动到L=5.5附近.在磁暴恢复相期间,对于CME磁暴,外辐射带的位置整体低于磁暴前,在6≤L≤7的区域也出现了电子通量的增强;对于CIR磁暴,外辐射带外边界的位置相比磁暴前有不明显的增高,并且在上述区域没有观察到通量的明显增强.我们发现在绝大多数情况下,1.5～6.0MeV电子的外辐射带电子通量对数衰减1/e截止廓线可以表示出外辐射带外边界的位置.在CME磁暴主相期间,对数衰减1/e截止纬度与Kp指数具有相关性（相关系数为-0.56）.对于CIR磁暴,对数衰减1/e截止纬度与Kp指数也有较好的相关性（相关系数为-0.58）.此外,CME磁暴主相期间,1.5～6.0MeV电子通量最大值的位置（L值）受到磁暴期间Dst指数最小值的控制;整体而言,对于上述两种磁暴,电子通量最大值的位置都随磁暴的增强而降低.多重磁暴是造成外辐射带相对论电子通量变化异常的重要原因之一.     

一种具有记忆自学习能力的快速动态寻优算法及其无功优化求解

针对传统人工智能在随机复杂环境的适应及交互能力较低问题,有机地将经典强化学习Q(?)算法与多主体协同行为进行高度融合,提出了一种具有记忆自学习能力的快速动态寻优算法.该算法通过与外部环境反复的交互来进行自学习改进,并利用值函数矩阵储存状态-动作对记忆,提出了联系记忆方式,有效地对传统Q(?)算法的动作空间进行降维处理,减小了记忆矩阵的规模;基于多主体协同合作的概念,采用多个主体同时对记忆矩阵进行迭代更新,明显提高了更新速度;在预学习形成良好的记忆后,能快速地进行在线动态优化.最后,文章利用电力系统经典无功优化模型进行了算法测试,IEEE 118节点和IEEE 300节点标准算例仿真表明:本文所提算法在保证较高收敛性的同时,寻优速度能提高到遗传算法、蚁群算法、粒子群等传统人工智能方法的5~40倍,非常适用于大规模复杂电网的在线滚动无功优化.     

尾矿砂放射性物质豁免标准制定中的理论研究

从理论上建立了稀土尾矿砂天然放射性物质(NORM)的活度浓度与等效组织吸收剂量率间的关系式,由此计算出单位活度浓度样品到等效组织中的吸收剂量率转换系数.研究了样品所发射γ光子注量率的空间角分布,结合MCNP对样品有效厚度等理论计算结果,给出了尾矿砂放射性现场测量模型的几何参数.参考国际原子能机构(IAEA)报告,NORM样品对公众造成的γ外照射剂量上限为人均0.3 m Sv y?1,以此值作为控制目标,计算了在此标准下几种不同活度浓度样品造成的空气吸收剂量率,提出了尾矿砂排放的豁免水平:扣除现场本底后,测量得到的空气吸收剂量率低于55 n Gy h?1.依据理论推导给出的相关参数,进行了现场验证实验,同时对所测样品取样进行实验室分析,最终结果表明两者所测得数据基本符合,相对误差为15.8%.     

基于VLBI站接收的火星探测器信号研究行星际闪烁

利用VLBI单站对欧洲火星快车探测器(MEX)的太阳掩星过程进行观测,记录了太阳偏距(太阳中心到信号传播路径的垂直距离)在11 R⊙~160 R⊙范围内的MEX发射的X波段主载波信号,并通过VLBI宽带记录终端,提取了太阳风湍动导致的相位闪烁信息及相位闪烁功率谱,通过谱分析,测量了太阳风空间折射谱指数、折射结构常数与相位闪烁指数,探讨了利用相位闪烁指数反演沿视线方向的总电子含量(TEC)的可行性,分析表明,近太阳区域的相位闪烁显著强于远太阳区域;在3 mHz~0.3 Hz范围内,相位闪烁功率谱呈幂律分布,太阳风空间折射谱指数为-3.3±0.25,与Kolmogorov理论一致,且谱指数与太阳偏距无相关;表明在11 R⊙~160R⊙范围内,Kolmogorov理论可用于解释太阳风湍动及结构,太阳风折射结构常数与R近似满足~R~(-1.98±0.27)的关系,表明近太阳区域湍动强于远太阳区,利用相位闪烁指数获得的TEC与太阳活跃与平静期间模型计算值的变化趋势一致,试验表明,基于VLBI测站的多普勒测量及行星际闪烁研究可用于我国未来火星探测器的太阳掩星观测.     

基于质量-刚度解耦的微半球谐振陀螺频差高精度修调方法

微半球谐振陀螺是最具发展潜力的高性能微机电系统(MEMS)陀螺之一,其工作时驱动、检测模态频率需要高度匹配,因此两个工作模态间的频差(频率裂解)是影响陀螺性能的关键因素.机械修调是调节频差的重要手段,其精度决定了模态匹配程度.通过飞秒激光去除质量调节模态频率是一种高效率、高精度的修调方法,但当谐振结构频差处于较小值(约100 mHz)时,观测到线性微质量去除难以进一步降低频差.本文重点针对该过程中的质量-刚度耦合现象开展研究,首先建立了微质量扰动下的质量-刚度耦合变化模型,然后通过有限元模型仿真分析了质量-刚度耦合对修调精度的影响,得到了不同直径与深度修调孔下的微量频差变化,结果揭示了修调孔直径对结构局部刚度的影响规律,以及修调孔深度对局部质量的影响规律.进一步的分析表明,当修调深度超过阈值时能够实现对质量-刚度影响的解耦,因此文中提出了基于质量-刚度解耦的高精度修调方法.最后,对该方法进行了实验验证,将微半球谐振陀螺的频差降低至7 m Hz,有效提升了微半球谐振陀螺的机械修调精度.