基于卫星轨道扰动理论的重力反演算法

为了更充分利用低轨重力卫星的高精度观测数据,根据卫星轨道的扰动理论,导出了应用卫星轨道与星间距离观测值联合反演地球重力场模型的算法.该算法的实质是将牛顿运动方程在卫星轨道处进行展开,转化为第二类Volterra积分方程,并采用基于移动窗口的9次多项式内插公式进行数值求解.给出了该算法的观测方程,用QR分解法消去局部参数矩阵,最后采用预条件共轭梯度法求解法方程.利用GRACE卫星2008-01-01～2008-08-01时间段内的轨道及星间距离观测数据,解算了120阶次的地球重力场模型SWJTU-GRACE01S,该模型在120阶处的阶方差为1.58×10^(-8),大地水准面差距累计误差为22.29cm,与美国GPS水准网比较的标准差为0.793m,结果表明:SWJTU-GRACE01S模型精度介于EIGEN-GRACE01S与EIGEN-GRACE02S模型之间,从而验证了该算法的有效性.

CHAMP型卫星定轨顾及非线性改正的轨道扰动方程

本文针对CHAMP型卫星建立了顾及非线性改正的轨道扰动方程定轨理论与方法.首先从卫星运动的二阶微分方程出发,引入了正常引力位以及相应的参考轨道,然后分别推导了线性化轨道扰动方程与顾及非线性改正的轨道扰动方程,同时说明了建立的线性化轨道扰动方程与目前处理CHAMP卫星数据的动力学定轨方法是等价的.其次分别对线性化轨道扰动方程与顾及非线性改正的轨道扰动方程的精度进行了估计,在卫星定位精度为3cm与非惯性力测量精度为3×10^(-10)m·s^(-2)的前提下证明了下列结论:当参考轨道与实际轨道之间的距离ρ≤4.7m时线性化轨道扰动方程的精度能达到非惯性力的测量精度以及当ρ≤4.14×10~3m时顾及非线性改正的轨道扰动方程能达到非惯性力的测量精度.由此便可得出结论:相对于线性化轨道扰动方程,顾及非线性改正的轨道扰动方程具有更高的精度,且适合在更长的时间弧段上建立关于引力场位系数的法方程组,特别是针对CHAMP卫星计划进行的模拟计算也完全验证了该结论.最后利用叠加原理,给出了顾及非线性改正的轨道扰动方程的求解方法.此外,还针对GRACE卫星计划利用顾及非线性改正的轨道扰动方程进行了恢复引力场的模拟计算,结果表明:分段建立位系数的法方程组时子弧段分别取值2h、1d、6 d对恢复引力场的结果几乎不产生影响,这表明在处理GRACE数据时能够以6d的弧长来建立法方程组.

基于轨道扰动的混沌单向散列函数设计

在分析针对数字混沌提出的伪随机扰动策略和变参数补偿策略的基础上,提出了基于轨道扰动的混沌单向散列函数设计方法。首先,将消息填充为64byte的整数倍,以提高短消息散列的安全性;然后,选取64byte的固定扰动向量,并将明文信息与固定扰动向量一起映射至数字混沌系统相空间的扰动空间;最后,将扰动空间内的元素输入至数字混沌系统进行多次混沌迭代,并在迭代结果中取出160bit作为最终散列值。该算法选用Logistic映射作为混沌映射,计算复杂度比高维混沌映射低,而轨道扰动的思想使得该算法比一般的低维混沌映射安全性更高。研究表明,该算法对初值极其敏感,且具有很好的混乱和扩散性质及较高的抗碰撞性。该算法采用256bit定点数运算,更易于软硬件实现。

弹道扰动引力无奇异性计算模型的建立

利用地球重力场模型来计算飞行器轨道扰动引力,当飞行器飞越两极及其附近地区时,由于Legendre函数的一阶导数以及分母上所含余纬的正弦函数,将导致扰动引力的计算出现无穷大.本文推导了Legendre函数一阶导数以及球谐函数mP nm(cosθ)/sinθ无奇异性的计算公式,建立了飞行器轨道扰动引力各分量无奇异性的详细计算模型,并通过数值试验分析了扰动引力各分量在两极地区的变化趋势,从而彻底解决了利用地球重力场模型计算两极地区飞行器轨道扰动引力时存在的奇异性问题.

镀膜陶瓷真空室脉冲磁场穿透特性研究

介绍了合肥电子储存环新凸轨注入系统中将采用的超高真空陶瓷镀钛真空室的研制状况。对穿过真空室镀膜的脉冲磁场特性进行了理论分析与计算。讨论了不同的镀膜厚度及方式对脉冲磁场均匀性的影响，用跟踪程序计算了注入过程磁场径向不均匀性对束流轨道的扰动，给出了涡流引起的磁场径向不均匀性最大允许值。

轨行路基土触探工具

美国工程兵部队最近制成安装在轨行车上的锥头贯入计,车上装有铁轮及橡胶轮,可以轨行亦能脱离轨道在道路上行走。它能沿轨道快速进行多种测试,遇有不良地段又能迅速执行有效的渊查,得到有关道床及以下的土质情况,不致扰动轨道建筑。只须先在道碴层内钻孔,此种锥头贯入计可以与标准贯入试验等触探方法进行现场对比。锥头贯入计测定值亦可以同关键的土质指标挂钩,如CBR值。室内和现场试验均证实上述试验,既便于反复进行,用于原位评价土质,具有实际效果。

Cascade of Random Rotation and Scaling in a Shell Model Intermittent Turbulence

The time behaviors of intermittent turbulence in Gledzer-Ohkitani-Yamada model are investigated. Two kinds of orbits of each shell which is in the inertial range are discussed by portrait analysis in phase space. We find intermittent orbit parts wandering randomly and the directions of unstable quasi-periodic orbit parts of different shells form rotational, reversal and locked cascade of period three with shell number. We calculate the critical scaling of intermittent turbulence and the extended self-similarity of the two parts of orbit and point out that nonlinear scaling in inertial-range is decided by intermittent orbit parts.