中俄联合火星电离层星-星掩星探测

中俄联合火星星-星掩星探测是人类首次在火星空间环境进行此类的联合试验。用于探测火星电离层的星-星掩星技术较以前星地间的探测技术相比,有可接收高信噪比信号,反演精度高,可探测火星上太阳天顶角大于43°,或者小于138°的区域电离层等优点。本文介绍了中俄联合火星星-星掩星探测方案、基本原理,给出了主要技术指标、地面模拟测试结果。

萤火一号火星探测器有效载荷分系统设计

对萤火一号(YH-1)火星探测器有效载荷分系统设计进行了研究。根据YH-1科学探测任务、约束条件和特点,确定了探测器有效载荷配置为等离子体包、磁强计、掩星接收机和光学成像仪。各有效载荷采取单一工作模式,以简化控制。介绍了各有效载荷的控制和数据处理方式,以及有效载荷分系统的巡航段自检、火星空间环境探测、星星掩星实验、拍照、星地掩星实验等工作模式。对有效载荷的数据量进行了分析和设计。分析表明:YH-1火星探测器有效载荷的配置和设计能满足科学探测任务的需要,且具协调性、可操作性和资源利用充分性。

萤火一号火星探测计划的科学目标

与其他行星相比火星是与地球最为相似,也是最有可能在其上发现地球以外生命现象的一颗行星,因此特别受到人类的关注。近年来,有国家已经发射了火星探测器,并启动了载人火星探测研究计划。中国是世界上第五个具备自主发射人造卫星的国家,也是世界上第三个具备自主开展载人航天活动的国家。但是中国在深空探测领域才刚刚起步。2007年中俄两国签署了联合探测火星计划,俄罗斯负责将中国研制的一颗微小卫星——萤火一号发送至火星轨道。萤火一号将开展自主探测,并与俄罗斯的火卫一探测器开展联合探测。本文综述了萤火一号任务提出的科学背景及科学目标,简要介绍了为实现科学目标配置的有效载荷,以及入轨后的主要探测任务,并对其科学探测结果进行了初步的展望。

天基微小空间碎片探测研究

随着空间碎片数量的不断增多,天基微小空间碎片探测已经成为一个热点.首先介绍了空间碎片在低地球轨道上的分布情况以及它对于航天器的危害,然后介绍了国外微小碎片探测器的基本情况,并在这些探测结果的基础上提出了一个探测器方案.这种探测器的传感器采用了新型的压电材料聚偏二氟乙稀(PVDF),使用了飞行时间法(TOF)准确测定空间碎片的飞行速度,以及快脉冲分析系统分析碎片的质量.

北斗掩星事件数量与分布的模拟研究

北斗卫星导航系统作为我国自主开发的卫星导航系统,在掩星探测领域有着广泛的应用前景.文章针对利用LEO星载掩星接收机进行北斗掩星探测的任务,在建立LEO卫星轨道模拟系统和北斗全星座模拟系统的基础上,通过仿真计算研究了不同LEO轨道参数条件下北斗掩星事件的特点.分析了对于单颗LEO卫星,北斗掩星事件的数量和分布随LEO轨道参数包括轨道近地点角距、升交点赤经、轨道高度和倾角而变化的规律.针对北斗导航系统由GEO、IGSO和MEO三种轨道卫星组成的特点,对不同类型北斗卫星的掩星事件进行了研究,并分别总结了三种轨道北斗卫星掩星事件的特点.研究结果对利用北斗导航系统进行掩星探测有参考作用.

北斗卫星广播星历精度分析

讨论了BDS卫星广播星历精度分析方案,通过BDS卫星广播星历与IGS MGEX的GBM分析中心精密星历产品进行比较,统计分析连续一个月所有在轨健康BDS卫星的广播星历轨道及钟差的误差特性。结果表明:1)当前BDS卫星广播星历轨道误差的径向均方根误差在1m以内,GEO类型卫星的轨道切向、法向精度在8m以内,IGSO、MEO类型卫星的轨道切向、法向精度在4m以内;2)BDS卫星钟差误差与轨道类型没有关系,其精度在10ns左右;3)从空间信号测距误差(SISRE)角度分析,BDS卫星广播星历整体精度与BDS卫星轨道类型关系不明显,BDS卫星广播星历整体精度优于2m。

火星空间环境磁场探测研究——高精度磁强计

萤火一号卫星将对火星空间环境磁场实施探测。火星磁场对火星弓激波、磁鞘、电离层、大气等绝大多数空间环境效应都具有重要影响,萤火一号对火星磁场的探测是通过搭载于其上的科学载荷磁强计来实现的。此磁强计在工作原理及具体设计上,考虑了火星轨道严酷的工作环境和科学目标所需的测量要求。通过装星前的地面标定测试,验证了萤火一号磁强计可以在-130～75℃温度范围内测量±256nT以内的磁场,分辨率可达到0.01 nT,带宽内总噪声小于0.03 nT,能够满足萤火一号对火星空间环境探测的需求。

双频GPS接收机的动态辅助L2P(Y)跟踪

双频接收机中对L2P(Y)信号的跟踪可以使用半无码方法.但由于半无码方法本身具有平方损耗,因此实际获得的L2P(Y)信号载噪比很低,对L2P(Y)信号跟踪环路的性能提出了更高的要求.文中提出了一种利用接收机动态辅助L2P(Y)码跟踪的方法,给出了环路的设计细节,并详细地讨论了影响环路性能的各个因素.通过计算机仿真,比较了动态辅助环路和未辅助环路的性能.仿真结果表明,使用动态辅助的L2P(Y)信号跟踪环路可以在更低的载噪比下进行有效跟踪.

FY2G卫星新一代高能带电粒子探测器观测数据分析

风云二号系列卫星是我国开展动态空间天气事件和空间环境监测及预警业务的重要观测平台,各系列星上均安装有高能带电粒子探测仪器开展卫星轨道空间带电粒子辐射环境连续实时的动态监测.FY2G卫星于2015年1月发射,星上采用了全新的高能粒子探测器,包括：一台高能电子探测器可监测200keV-〉4 MeV的高能电子,一台高能质子重离子探测器可监测4-300 MeV的高能质子,从而实现对带电粒子更宽、更精细能谱的监测.本文给出了FY2G高能带电粒子探测器在2015年1月至2015年10月期间几起典型的带电粒子动态观测结果,结合太阳和地磁活动相关参数,对高能带电粒子通量在亚暴、磁暴和太阳爆发等扰动影响下细节变化过程和特征作出了较为详细的分析描述,展现了FY2G卫星高能带电粒子探测器对轨道空间粒子环境动态变化的准确响应能力,表明观测数据可开展更加精细的轨道粒子环境评估.针对FY2G高能带电粒子探测结果进一步开展了与GOES系列卫星同期观测的比对分析,结果反映出在较小的扰动条件下多星观测到的带电粒子响应和通量变化可基本趋于一致或保持相对稳定的偏差,而扰动条件的显著变化会加大多星观测带电粒子响应和通量变化的差异,这些结果可为今后开展多星数据同化应用提供参考,也为发展磁层对扰动响应的更加复杂的图像提供了新的可能.

航天员受银河宇宙线辐射的剂量计算

在近地空间（LEO）和深空探测中,航天员遭受的辐射风险主要来自于银河宇宙线（GCR）照射.银河宇宙线的辐射剂量是航天员辐射风险评价的基础.国际放射防护委员会（ICRP）于2013年提出了新的航天员空间辐射剂量估算方法,以更准确给出空间重离子辐射的剂量.基于此方法,开发了宇宙线粒子在物质中输运的蒙特卡罗程序,并在程序中实现用中国成年男性人体数字模型来仿真航天员.采用该程序计算了粒子（Z=1~92）各向同性照射航天员时器官的通量-器官剂量转换因数,并估算出航天员在近地轨道空间受银河宇宙线辐射的剂量.

电磁监测试验卫星阻滞势分析器探测技术

依据电磁监测试验卫星的任务要求,自主研发了等离子体分析仪,首次实现电离层等离子体原位探测.作为等离子体分析仪的重要组成部分,阻滞势分析器主要用于探测电离层等离子体的密度、沿轨道方向漂移速度、温度以及成分等参数.阻滞势分析器传感器栅网材料选用铍铜,表面镀金处理,并通过仿真验证了多层栅网总透过率与理论计算的一致性.依据技术指标,详细设计了阻滞势分析器传感器的窗口半径、收集极半径、有效高度及扫描电压等参数.在电子学电路设计时通过前放电路三个可调量程的设计,保证了电路测量精度.在此基础上,借助意大利国家天体物理研究院行星际物理研究所的地面等离子体环境,完成了阻滞势分析器的等离子体环境测试.测试结果表明,该阻滞势分析器的性能指标满足设计要求,能够实现电磁监测试验卫星的任务需求.

电磁监测试验卫星朗缪尔探针电离层探测技术

本文依据电磁监测试验卫星(CSES)的任务要求,自主设计研制了卫星载荷朗缪尔探针仪器,以实现对空间等离子体电子密度、电子温度等参数的测量,为探索大地震短临预测与预警新方法提供空间观测数据.该朗缪尔探针的传感器采用优化的球形传感器,上半球是收集极,下半球是保护极,消除了其结构与支撑杆连接处的终端效应.传感器表面采用了TiN镀层,保证了其耐原子氧剥蚀能力和均匀的表面功函数.通过在意大利国家天体物理研究院行星际物理研究所(INAF-IAPS)的地面等离子体环境下的测试,验证了本文设计的朗缪尔探针载荷的可行性和正确性,能够实现电磁监测试验卫星的任务要求.

基于SIMION软件的空间等离子体探测器的数值仿真

空间等离子体探测器采用带偏转板的柱形静电分析器作为传感器,具有大于320°探测视场,可探测约10eV～30keV的热等离子体。利用SIMION软件采用均匀随机抽样建立粒子源的方法仿真探测器的基本特性参数:静电分析器因子、能量分辨率、偏转板因子和偏转角。仿真结果与实测结果吻合很好。静电分析器因子的仿真与实测结果偏差为3.2%,能量分辨率仿真与实测结果偏差为1.5%,偏转角-偏转板因子的关系式与实测结果的相关系数为0.999 4。仿真结果可以有效地应用于该类仪器的设计和定标过程中。

电离层残差对掩星反演温度精度的影响

本文以MSIS90大气模式和3D NeUoG电离层模式为大气背景,用三维射线追踪法模拟研究了太阳活动强度、地方时、掩星平面方位角对弯曲角电离层残差和温度电离层残差的影响,以及电离层残差对全球日平均温度的影响.结果表明：电离层残差是平流层顶部（35-50 km）和中间层底部（50-70 km）掩星大气温度反演的主要误差.在太阳活动活跃期,电离层残差对单一掩星事件的平流层顶部平均温度的影响可达1.8 K,中间层底部平均温度的影响可达7 K;对全球日平均温度的影响在平流层顶可达-0.6 K,在70 km高度处可达1.2 K.发展新的电离层改正方法或电离层残差修正算法对提高掩星大气反演精度和全球气候监测意义重大.

火星等离子体环境探测

萤火一号(YH-1)探测器将对火星空间环境进行独立而深入的探测研究,探测各空间区域的等离子体特性及其对太阳风扰动的响应,以及火星离子逃逸过程,研究太阳风对火星水体损失的影响。为了实现这一目标,萤火一号搭载了等离子体探测包,包括2个离子分析器和1个电子分析器,具有较高的时间分辨率、能量分辨率,可以探测0.02～10 keV的离子、电子,同时能够对粒子的入射方向及1～44 au(1 au=9.1095×10^(-31)kg)质量范围内的离子成分进行分辨。本文阐述了萤火一号等离子体探测的科学意义,并对等离子体包的工作原理,仪器设计进行了介绍。

北斗卫星在轨原子钟稳定性分析

使用IGS MEGX发布的北斗卫星精密钟差数据,利用哈达玛方差公式对目前所有在轨健康北斗卫星钟的稳定性进行分析。结果表明,北斗卫星钟在1a的跨度内比较稳定;其300s稳定性量级为10^(-13),但是各颗卫星并不完全相同;北斗卫星钟与GPS卫星钟的稳定性对比显示,北斗卫星钟稳定性介于GPSⅡR-M与GPSⅡF上搭载的铷钟之间。

FY-2卫星的空间环境数据接收及警报系统

介绍了FY-2卫星探测数据的流通过程及接收处理.首先在FY-2卫星及探测器系统中,环境探测数据被收集、调制并发射,再由地基数据接收及解调系统将数据信号放大、解调还原并发送,最后由数据处理及警报系统将数据接收处理、保存显示,并对太阳质子事件、X耀斑进行自动电话报警.该系统是保障航天器安全和提高抗辐照水平的重要手段.

基于BU—61580与USB的MIL—STD—1553B总线控制卡的设计

MIL—STD—1553B总线是一种军用串行总线,具有完整的总线通信协议,具有很高的可靠性,在航空、航天、汽车电子等领域有广泛的应用。USB总线是一种常用的通用串行总线。USB完整的通信协议使得USB传输具有很高的传输速率,接口通用性强等优点。为了在地面测得飞机或者卫星等应用上的1553B总线通信是否正常,需要专门的总线控制卡来进行通信测试。介绍了一种基于BU—61580和USB芯片设计的1553总线控制卡,该控制卡实现1553B总线控制的基本功能,包括读取和发送数据,发送方式控制字,向总线广播数据等基本的总线消息。同时继承了USB的各种优点,即支持即插即用功能,传输速度高,支持可编程的消息控制模式。并且介绍了这种总线控制卡的实现方法,包括BU—61580与USB芯片的硬件连接和软件实现,最后介绍了控制卡的测试结果。

空间粒子探测器前置放大器的分析设计

本文主要介绍了一种用于空间粒子探测器的电荷灵敏前置放大器,对影响探测器性能指标的部分放大器重要参数(如电荷灵敏度、时间常数以及噪声特性)进行分析讨论,并提出相关的设计考虑。最后还设计了具体电路进行测试验证,为提高探测器性能和实际应用提供参考。

星载双频GPS载波相位周跳的实时探测与修复

提出一种新的实时方法探测和修复高动态环境下的GPS载波相位周跳。该方法仅使用单站星双频GPS伪距和载波相位数据,而且其每颗星的数据处理是独立的,所以没有最小卫星数的限制。周跳探测时,在相邻历元间时间差模型基础上建立卡尔曼滤波模型,根据滤波残差探测大周跳(>4周),然后用电离层残差法完成对小周跳(≤4周)的探测;周跳修复时,先使用两步卡尔曼滤波的质量控制方法修复周跳到小周跳范围,最后用电离层残差法完成周跳修复。使用该方法处理1 Hz采样CHAMP卫星数据,结果表明,该方法可以有效可靠地对载波相位周跳进行探测和修复。而且该方法需要的信息量和计算量小,算法易于计算机实现,适合应用于实时周跳的监测。