月球基地的生存条件和资源

<正>1.引力月球的引力只有地球的1/6,因此用月球作基地进行深空探测活动,航天器从月球上起飞,可大大节省能源。同时,利用月球具有高真空、低重力的特殊环境,既能生产特殊强度、塑性性能优良的合金和钢材,还能生产光导纤维和高纯度药品等。     

全球定位系统（GPS）简介

一、GPS系统及构成全球定位系统即Global Positioning System,简称为GPS,是美国国防部为军事目的而研制的导航定位授时系统,旨在彻底解决陆地、海上和空中运载工具的导航和定位问题。该系统从1973年开始设计研制,在经过了方案论证、系统试验后,于1989年开始发射工作卫星,1994年全部建成并投入使用。GPS系统的组成可分为：(1)空间卫星星座部分(2)地面监控部分(3)用户设备部分前两部分是用GPS进行定位的基础,用户只有借助于用户设备才可达到定位的目的。空间卫星星座 由均匀分布在6个轨道面内的24颗卫星组成(其中有3颗是备用卫星),每个轨道上分布有4颗卫星,轨道的平均高度约为20200km,偏心率为0.01,轨道相对地球赤道倾角约为55度,卫星运行周期为11小时58分。GPS卫星的这种空间分布使得同一观测点上每天出现的卫星分布图相同,只不过每天的时间提前约4分钟;并且每颗卫星每天约有5个小时在地平线以上,同时出现于地平线以上的卫星数目最少为4颗,多达11颗,随时间和地理位置而异;因卫星信号的传播和接收不受天气影响,故GPS是一种全球性全天侯的连续实时定位系统。从1979年开始至今已有三代GPS卫星,分别为BlockⅠ,BlockⅡ和BlockⅢ。第一代(BlockI)为GPS实验卫星,现已停用;第二代(BlockⅡ,ⅡA)为GPS工作卫星,至1994年已发射完毕;第三代(BlockⅢ,ⅡR)正在设计中。GPS卫星的主体呈圆柱形,直径为1.5m,重约774kg(包括310kg燃料),两侧设有两块双叶太阳能电磁板,它能自动对日定向,以保证卫星工作供电。每颗卫星装有4台高精度原子钟,为GPS定位提供高精度的时间标准。GPS卫星的基本功能为：(1)接收和储存由地面监控站发来的导航信息,接收并执行监控站的控制指令;(2)卫星上设有微处理机,进行部分必要的数据处理工作;(3)通过星载的高精度铷钟和铯钟提供精密的时间标准;(4)向用户发送定位信息;(5)在地面监控站的指令下,通过推进器调整卫星的姿态和启用备用卫星。地面监控部分 包括卫星监测站,主控站和信息注入站,主要由分布于全球的5个地面站构成。卫星监测站设有双频GPS接收机,高精度原子钟,计算机和环境(气象)数据传感器。该站在主控站直接控制下自动采集数据,对GPS卫星连续观测,并监控卫星工作状况。观测资料经初步处理后存储并传送给主控站,以便确定卫星的轨道。主控站设在美国的Colorado springs,除协调和管理所有地面监控系统外,其主要任务是：(1)由本站及其他监控站的所有观测资料,推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数等,并把这些数据传送到注入站;(2)提供全球定位系统的时间基准;(3)调整偏离轨道的卫星并使之沿预定轨道运行;(4)启用备用卫星以代替失效的工作卫星。注入站由分设在印度洋的Diego Garcia,南大西洋的Ascencion和南太平洋的Kwajalein三个站组成。其主要设备包括天线(直径3.6m),C波段发射机和计算机。注入站的作用是在主控站的控制下,将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令等注入到相应卫星的存储系统中,并监测所注入信息的正确性。用户设备部分 用来接收GPS卫星发射的无线电信号,以获得必须的卫星轨道信息及观测量,经数据处理而得到定位结果。随着GPS应用领域的日益扩大,用户设备依用途不同而异,主要由GPS接收机硬件,数据处理软件,微处理机及其终端设备组成;硬件又分为主机、天线和电源。二、GPS定位的基本原理及系统运作方式1.GPS卫星星历及坐标系统GPS定位处理中,卫星轨道通常是已知的。卫星轨道信息用卫星星历描述,具体形式可以是卫星位置(和速度)的时间列表,也可为一组以时间为引数的轨道参数。按提供方式又可分为预报星历(广播星历)和后处理星历(精密星历)。卫星的位置(和速度),及用户定位计算的点位(未经坐标转换时)都是在协议地球坐标系(或叫地固系(ECEF))中表示的,其原点在地球质心,正z轴指向协议平均地极(CTP),正x轴指向赤道上的经度零点(格林尼治平均天文台)y轴与z轴和x轴构成右手坐标系。GPS定位中的WGS-84坐标系和ITRF坐标系均属地固系。另外GPS系统主控站维持有专门的时间系统,称为GPS时,这是一种连续且均匀的时间系统,原点为1980年1月6日0时UTC,单位同国际单位制(SI)时间的秒定义,其后GPS时不受跳秒影响。2.GPS定位的基本观测量及基本定位原理GPS卫星中采用了现代数字通讯技术,运用多级反馈移位寄存器产生伪随机噪声码(Pseudo Random Noise,PRN),这种伪随机码形成各GPS卫星的两种测距码,即C/A码和P码(或Y码);此外GPS卫星所播发的信号中还包括载波信号和数据码(或称D码)。这三种信号分量都是在10.23MHZ的基本频率控制下产生的。其中数据码包含有关卫星星历、卫星工作状态、时间、卫星钟运行状况、轨道摄动改正等导航信息。GPS卫星以L波段中的两种不同频率的电磁波为载波：L1载波频率为10.23×154MHZ=1575.42MHZ;L2载波频率为10.23×120MHZ=1227.6MHZ;P码频率为10.23MHZ;C/A码频率为10.23/10=1.023MHZ;数据码频率为10.23/10/1023/20=50HZ。GPS定位中的基本观测量包括伪距和载波相位。接收机在跟踪卫星信号时,机内同时产生被跟踪卫星的码信号的复制码。为将该复制码和进入到接收机内的卫星信号对齐(相关),码跟踪环路产生时移和多普勒频移;至两信号对齐时所需的时移乘以光速,即为所谓的伪距。其中包含了卫星和接收机时间系统的偏差,以及卫星信号在电离层和对流层中传播引起的时延,因而伪距的基本观测方程为：P=[(X_R－X_S)²＋(Y_R－Y_S)²＋(Z_R－Z_S)²]^1/2+(V_S－V_T)·C其中卫星X_S、Y_S、Z_S、V_S分别为观测时刻的卫星坐标和卫星钟差,均可由观测时间和卫星历星求出;V_T为接收机钟差。由于P中已作了电离层和对流层的延迟改正,因而上式中只包含X_R、Y_R、Z_R和V_T等4个未知数。欲通过GPS定位观测求得X_R、Y_R、Z_R,必须同时有4颗卫星的观测量P₁…P₄;由GPS定位系统中卫星的布设可知,任何时刻于任何地点均可获得至少4颗卫星的观测量,因而通过该系统的伪距观测量随时可获得空间定位结果。这种定位称为单点定位或绝对定位,其实质是测量学中的空间距离后方交会,由此可说明GPS定位的基本原理。载波相位是指接收到的具有多普勒频移的载波信号与接收机产生的参考载波信号之间的相位差。由于无法直接测定载波信号在传播路线上的相位变化的整周数,故存在整周不定性问题。另外由于观测环境等影响因素,其中还会产生整周跳变,因而与伪距观测定位相比,数据处理变得复杂,往往难以实现单次观测定位,不过由于相位观测量的精度比伪距观测值的精度高得多,它被用作相对定位,即精确地求定一点相对于另外一点的位置和精度。相对定位是指给定至少一个已知点坐标,用两台或多台GPS接收机的观测数据推求其余未知点坐标参数的定位方法。它与绝对定位一起构成了GPS定位的两种基本模式。由于绝对定位可直接实时地获取观测点的地理坐标,因而该方法被广泛地应用于飞机、船舶及车辆等运动载体的导航和调度,以及在GIS(地理信息系统)中用作点位数据的采集等。相对定位由于其精度高,因而在大地测量、地球动力学和许多其它应用场合中需要采用这种定位模式。三、 美国政府的GPS政策及用户的措施鉴于GPS定位技术在军事上的重要性,美国政府在该系统的设计及运行中均采取了一些措施来限制非经美国特许的用户利用GPS定位的精度,因此将定位服务分为精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。前一种针对美国军事部门及其特许用户,其实时单点定位精度可达510m;后一种则针对非特许用户,实时单点定位精度则降为100m(水平)和150m(垂直),这是因为其中采取了SA技术(Selective Availability)和AS技术(AntiSpoofing)。AS包括人为降低广播星历精度和在卫星钟频信号中加入钟频抖动;AS技术则将p码与保密的W码相加形成Y码,这种码严格保密,以防敌方干扰和电子诱骗。有鉴于此,目前普通用户普遍采用差分GPS技术来消除SA技术和AS技术对GPS定位的影响。经实施差分改正后的实时定位精度可达25m或更好(水平)。使用载波相位观测时,采用RTK差分技术可得到厘米级的实时定位精度。为从根本上消除这类影响,可建立地区GPS卫星跟踪网,采用广域差分GPS(WADGPS)技术自行确定GPS卫星精密轨道和差分改正数,以达到精确定位和导航的目的。四、GPS应用概况GPS是现代空间技术,计算机技术与现代通信技术发展的结晶。这种空间定位与导航系统成为20世纪后期人类科技进步的里程碑。同时它将更广泛地渗透到地球物理学、海洋学、天文学、航空航天与遥感、交通及通信、气象科学等领域,并不断推动科学技术的发展与进步。GPS的典型应用包括：(1)大地测量,工程测量,城市规划及资源管理中的定位。(2)地壳板块运动监测,地表沉降,建筑物形变及灾害的监测和预报。(3)飞机着陆,公路、铁路车辆运行监控与管理。(4)大气电离层变化分析,大气水汽含量及变化,遥感,天气预报。(5)旅游,渔业和探险中的定位和定向。(6)授时,通信网络与电力网络等时间同步服务。(7)飞行器的轨迹及空间姿态的测定和预报。* 杜道生教授是地理信息名词审定委员会委员。     

新一代国家重力基准的建立与维护

根据国家重力基准的现状和社会发展的需要，国家测绘局于1999年启动了新一代国家重力基准的建立和维护工作。该工作利用高精度的FG5型绝对重力仪，对21个国家重力基准点实施了绝对重力测量，建立了新一代具有国际先进水平的国家重力基准；对21个国家重力基准点进行了复测和必要的加密，同时展开了国家重力基准稳定性分析及相关研究。项目的实施，满足了国家许多大型项目对重力基准信息的需求。     

卫星时变重力在多源质量迁移问题研究中的理论方法与应用

全球温暖化导致气候变化、冰川消融、海平面上升、极端气象灾害等自然环境恶化问题,严重影响到人类社会和经济的发展,同时也是需要面对的重大科学问题.我国幅员辽阔,气候条件复杂,所面临的各种气象灾害问题更加突出,利用现代大地测量技术开展相关研究具有重要的科学价值和社会意义.重力卫星GRACE提供了全球时变重力观测数据,为研究和...     

基于无线定位方法的环境自适应高效链路传输技术

1 课题简介 随着无线通信技术的发展,无线通信系统支持的通信数据率越来越高,为了能够利用有限的信号带宽传输高质量、高数据率通信信号,近年来,许多科研人员提出了各种基于环境自适应链路传输技术,其共同特点是将前几个子帧估计的信道信息量化、反馈到发射端,采用恰当的信号传输方式提高系统性能.     

调频同步广播技术的发展与产业

随着广播事业的发展，调频频段的频率资源越来越紧张，由于调频广播频率高，以及本身的调制特性，两个同频率调频信号在重叠服务区的叠加不仅合成信号的振幅发生变化，更重要的是合成信号的瞬时频率、相位、频偏也发生了变化。同步广播技术解决广播电台在使用同一节目源、同一频率、同时同相位发射时，相邻两个发射台之间会同频干扰。     

中国地壳运动观测网络

1997年底,国家重大科学工程--中国地壳运动观测网络(Crustal Movement Observation Network of China,缩写为CMONOC)开始建设,整个工程在2000年底建成.中国地壳运动观测网络以监测地壳运动服务于地震预测预报为主要目标,同时兼顾大地测量和国防建设的需要.该工程由中国地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共同承担,包括基准网、基本网、区域网、数据传输与处理分析系统四大部分. 中国地壳运动观测网络以全球卫星定位系统(GPS)观测技术为主,辅之甚长基线射电干涉测量(VLBI)和人卫激光测距(SLR)等空间技术,结合精密重力和精密水准测量,构成大范围、高精度、高时空分辩率的地壳运动监测系统.这是一个综合性、多用途、开放型、数据资源共享、全国统一的观测网络,其有连续动态监测功能.网络将从根本上改善中国对地球表层固、液、气三个圈层的动态监测方式.     

地基GPS水汽资料在河北降水预报中的应用技术

利用河北建立的30个地基GPS站反演的水汽资料,通过对地基GPS水汽资料的检验对比和与降水关系的研究,探讨了地基GPS水汽资料在降水预报中的应用技术,总结了GPS水汽资料在不同性质降水和不同天气系统降水中的变化特征以及预报着眼点。     

科学家欲用定位系统探测暗物质

全球定位系统（GPS）已经成为我们生活中不可或缺的一部分,无论是都市导航,还是山区寻路,都需要用到GPS装置.但如今对物理学家来说,全球定位系统也可能成为直接探测暗物质的工具.美国内华达大学雷诺分校的安德雷·德雷维安科和来自加拿大维多利亚大学和理论物理学周边研究所的马西姆·波斯彼洛夫提出了一个探测暗物质的方法,利用GPS卫星和其他原子钟网络来寻找受暗物质影响的线索.德雷维安科说,“尽管已经有了扎实的观测证据,但暗物质依然是一个谜,一些粒子物理学的研究项目假设,暗物质可能由较重的粒子组成.这一假说还没得到验证,此外还存在着一些其他替代的假说.     

浅谈基于LabVIEW的双馈风力发电机的建模与仿真

有效利用风能资源、积极发展风力发电,已成为我国实现可持续发展和保护生态环境的基本国策之一.利用实验室虚拟仪器集成环境(LabVIEW)虚拟仪器开发平台对双馈风力异步发电机系统进行建模与仿真,具备友好的操作界面,可实现参数的在线修改.通过对双馈异步发电机并网前空载运行和并网后发电运行的仿真,获得变速恒频双馈异步发电机的运行特性,这对实际风电机组的仿真研究及运行分析具有重要参考意义.     

实验舱里“点火”烧开水 打造空间技术研究“梦工场”

<正>利用这些实验柜,重力掩盖下的多相流与相变传热、基础燃烧过程、材料凝固机理等物质本质规律研究以及超冷原子物理等前沿实验研究将在太空开展。在空间站的三个舱段中,梦天实验舱主要承担空间科学实验任务。中国科学院联合优势力量协同攻关,研制了超冷原子物理实验柜、高精度时频实验柜、高温材料科学实验柜、两相系统实验柜、流体物理实验柜、燃烧科学实验柜、在线维修装调实验柜等7个方面的8个科学实验柜。     

GPS观测得到的1998～2005年中国大陆地壳垂直运动速率

本文介绍利用重大科学工程"中国地壳运动观测网络"1998～2005年基准站GPS连续观测获得的垂直位移时间序列及非连续观测的基本站垂直位移结果,分析了垂直位移的特点.取中国东部一组垂直位移变化形态基本一致、年速率小的6个基准站作为本文垂直位移解的基准.计算结果表明,基准站垂直位移每周解的观测精度约3mm;一些GPS连续站的垂直位移时间序列有非常显著的年周期变化,幅度达10～25mm.基准站和基本站的GPS观测结果表明,中国大陆长趋势垂直构造运动主要特点是,速率普遍较低,东部略强,西部较弱,相对于垂直位移基准,北部上升,南部下降,近几年来青藏高原没有隆升的迹象.     

利用全球多少个GPS站就可以开展高精度ERP参数测定工作

甚长基线干涉测量技术和GPS／GNSS技术都可以提供对地球动力学运动的基本参数—地球自转参数（ERP）的连续测量。本文通过比较VLBI技术CONT05集中连续观测解算ERP的结果，与利用全球GPS数据所得的ER,P结果，来说明用GPS数据解算地球自转参数所需的台站个数情况。发现：GPS与CONT05台站并置不满足对ERP解析的要求，只有当全球均匀分布的GPS台站数目达到80个左右时，才可以满足要求。这个结论对在中国建立GPS／GNSS全球数据解析中心有重要的参考依据。     

load factot一词的译名和定义问题

我自进入国防科研部门以来,就接触到这个具有新含义的"过载"术语.所谓新含义,即与我原来理解的、也是常用的含义完全不同.我原来理解的含义是"超过额定量值的载荷",如功率过载、电流过载等;而这新含义却是"物体所受重力以外的外力与重力之比".多年工作使我逐渐习惯了原来的含义,然而最近由于审读书稿,我觉得应该把这个问题追查清楚,这才知道有国家标准作为依据.     

多种地球物理场动态图像与强震预测试验

主持单位：中国地震局地震预测研究所协作单位：中国科学院测量与地球物理研究所中国科学院地质与地球物理研究所武汉大学中国地震局第一监测中心中国地震局地球物理研究所中国地震局第二监测中心中国电波传播研究所江西省地震局中国地震局地震研究所中国科学院空间中心主要成员：张学民郑勇武艳强刘静蒋长胜吕坚祝意青杨国华赵必强徐彤赵正予路立刘晓灿刘金硕赵庶凡熊攀 利用数字地震、GPS、重力、电磁等监测网可构成场的观测资料，研发地壳速度结构与应力场、地壳运动变形场、重力场、空间电磁场等多种地球物理场动态演化图像陧取技术，基于“以场求源”的科学思路和地球多圈层相互作用过程，研究孕震动力过程中多时空场的动态演化和动态场异常识别技术。通过技术集成，     

异乎寻常的下肢冷

下肢距心脏最远,又受重力的影响,血液循环相对较困难。天气寒冷时会感到下肢、脚趾寒冷,这是正常现象。有人即使天气不十分寒冷,仍感觉下肢冷,甚至夏天也不例外。这可能是某种疾病的信号。     

伽利略卫星导航系统开始运行

正欧洲伽利略卫星导航系统近日投入运行,向智能手机和汽车内接收装置发出第一批卫星信号。这个由30个超强卫星组成的导航系统,有望超过美国全球定位系统(GPS)和俄罗斯的“格洛纳斯”卫星导航系统(GLONASS),成为全世界精确度最高的定位导航技术,从而结束欧洲长期以来对GPS与GLONASS的依赖。但伽利略系统绝不仅仅是一个定位导航系统,更是一个意义重大的科学工具,因为该系统将大幅提升科学家们对大气和地球科学的研     

精准变量施肥机的研制

1.引言 随着全球定位系统(GPS)技术的普及与推广,农业机械进行田间作业时,拖拉机在GPS系统的帮助下能够准确实时地获得其所在作业位置的地理坐标,因而对土壤实施定点管理成为一项比较成熟的技术逐渐获得推广与使用.这一系统在作物生长阶段的管理就是应用于变量机械施肥,施肥机械在控制系统的控制下根据事先生成的施肥处方图进行施肥.施肥机械在控制系统的帮助下,自动实现在土壤养分低缺少肥料的地方多施肥,在土壤养分高的地方减少施肥,在不需施肥的地方停止化肥的施入.     

GNSS反射信号接收处理公共平台

随着GPS（全球定位系统）现代化进程的加快,欧洲伽利略项目的不断发展和我国北斗卫星导航系统的日益完善,基于GNSS（全球导航卫星系统）的各种应用所取得的成就在现代社会中已达到不可替代的层面。目前,针对导航卫星反射信号的研究及其在遥感探测领域的应用正日益兴起,其关键技术在于如何实现反射信号的接收、数据处理和实际目标的物理状态反演。     

基于3S的林业地理信息系统设计与实现

3S技术作为空间信息处理与分析技术,是在信息空间中构建与实现相应的虚拟地理信息空间并应用于管理决策中的核心信息技术,具有广泛的应用前景.本系统为广泛应用先进的地理信息(GIS)、遥感(RS)、全球卫星定位系统(GPS)等信息技术,结合林业专业知识与经验,建立成的具有技术先进、功能强大的林业信息数据库的数字林业信息管理系统,实现对森林资源进行高效性和实时性的管理,从而使林业工作业务数字化、网络化、可视化和自动化,实现信息的规范管理和共享利用,为林业管理提供有效的决策支持.