空间引力波探测干涉仪探测模式比较研究

为了实现毫赫兹频段的引力波信号测量,基于激光干涉体制的空间引力波探测计划要求干涉系统硬件本底噪声低于星间散粒噪声极限,这对光机设计及相应干涉载荷提出了严苛的工程指标。本文从探测模式选择的角度出发,推导了在单探测器模式和平衡模式下读出噪声和杂散光噪声在干涉信号中的表达形式,并就科学干涉仪的弱光干涉过程进行了详细讨论。结果表明,平衡模式可以跨量级的抑制激光功率涨落和后向杂散光引起的干涉相位噪声,但其抑制能力受限于合束器的不等比分光性质。为此引入相对增益因子来补偿合束器的不等比分光特性,进一步的分析表明,电子学手段的增益补偿只能消除不等比分光对两者之一的影响,不能同时兼顾,需要在激光功率涨落噪声和杂散光噪声的抑制之间平衡选择增益补偿。即便如此,平衡模式下的跨量级的噪声抑制能力,仍然可望降低对激光功率涨落和望远镜杂散光的工程指标要求。

合成孔径雷达在深空探测任务中的应用与发展趋势

合成孔径雷达以飞机、卫星等运动物体为载体,具备全天候、全天时观测能力,俨然成为一种高效的遥感探测手段,在深空探测、军事侦察、地形测绘、灾害监测、农林生长监测和洋流观测等众多领域广泛应用。对几个国外深空探测器携带的SAR系统的技术状态、科学目标和探测成果进行了梳理,并作出了相应的比较分析,希望能够对中国未来深空探测任务提供一定的帮助。同时,对未来深空探测星载SAR发展趋势进行分析,星载SAR逐渐向着高分辨率、多参数、多模式、多基成像和轻量化等多方面发展,终将在更丰富的应用领域中发挥重要的作用。

关于Ga_(2)O_(3)/Al_(0.1)Ga_(0.9)N同型异质结的双波段、双模式紫外探测性能分析

鉴于紫外探测器在诸多领域的重要应用,探寻自供电型探测器以及挖掘其内在运行机理显得尤为关键.本文制备的Ga_(2)O_(3)/Al_(0.1)Ga_(0.9)N异质结紫外探测器能够实现对254 nm波长(UVC波段)和365 nm(UVA波段)波长紫外光的敏感探测,并在不同方向的偏压驱动下能够实现耗尽模式和光电导模式的光探测.这里介绍的基于Ga_(2)O_(3)/Al_(0.1)Ga_(0.9)N异质结的双波段、双模式紫外光电探测器具有理想的暗电流和光响应特性;在5和–5 V偏压下,在254 nm光照射下的光响应度分别为2.09和66.32 mA/W,在365 nm光照射下的光响应度分别为0.22和34.75 mA/W.并且仅在内建电场的作用下能够自供电运行,对254和365 nm波长紫外光的光响应度为0.13和0.01 mA/W.进一步,除对材料与器件性能的表征与解析,本文还从异质结探测器的运行机理上分析了其双波段与双模式探测特性.

祝融号火星车科学探测模式设计与验证

受通信能力低、能源不足等限制,祝融号火星车有效载荷科学探测需提高探测效率,以有限资源获取尽可能多的有效探测数据。祝融号火星车的巡视探测科学任务着眼于火星局部地区,包括火星车行驶时载荷探测和火星车停止时定点就位载荷探测两个主要工况。统筹考虑祝融号火星车移动能力、通信能力、能源能力、热控能力等约束,合理划分工程活动和科学探测活动可用的资源,协调使用火星车的桅杆和移动系统,优化组合各载荷工作模式,设计了高效载荷探测模式。该探测模式与基于工作模式表的自主探测控制方式相结合,解决了资源受限情况下的多载荷协同探测难题。祝融号火星车有效载荷系统圆满完成了预期探测任务,设计的科学探测模式全部得到在轨验证。结果表明这些模式设计合理有效,满足安全、自主、高效开展科学探测的需求。

1973—2020年黄河三角洲滨海盐沼湿地景观格局演化模式和驱动因素

明晰滨海盐沼湿地景观格局演化模式和驱动因素,有助于制定合理的盐沼湿地修复策略、维护区域生态系统健康和可持续发展。以黄河三角洲滨海盐沼湿地为例,基于Landsat系列卫星影像获取1973—2020年共十个时期土地利用/覆被数据,得出盐沼湿地时空变化及其与周边土地利用/覆被的相互转化;利用改进的景观格局状态与演化识别模型(SEDMS),分析盐沼湿地景观格局演化模式,并利用地理探测器探究其空间分异驱动因素。结果表明:(1)1973—2020年,盐沼湿地面积减少了252.35 km^(2),空间范围总体向外海迁移且趋于集中。盐沼湿地转出类型主要为草地、养殖池/盐田和耕地,转入类型主要为滩涂未利用地和水体。(2)盐沼湿地景观格局演化模式呈明显的阶段性特征:1973—1995年为动荡期,演化模式以消失和破碎为主导;1995—2010为过渡期,格局演化模式逐渐由消失和破碎为主导转变为扩张为主导;2010年后为稳定期,格局发生演化的区域较少,总体以新增和扩张为主。(3)36%的盐沼湿地出现了多次格局演变模式的转变,滩涂未利用地、耕地对于景观格局演化频数的影响最为显著,人工表面、养殖池/盐田和道路堤坝的建设导致了盐沼湿地的破碎和消失。

场发射扫描电子显微镜JSM-IT800(SHL)探测器和观察模式的设置

型号为JSM-IT800(SHL)场发射扫描电子显微镜是日本电子株式会社(JEOL)所推出的扫描电镜。针对不同类型样品的表征需求,该电镜配置有多个探头和多种观察模式。如果熟练掌握这些探头与观察模式的选择与设置方式,能充分发挥该款电子显微镜的优势并能提高样品表征的质量。本文介绍了该款电子显微镜的4种观察模式,并针对不同类型的探头和观察模式,选取具有代表性的扫描电子显微镜图片进行对比,总结探头选择和观察模式的规律,供操作人员和初学者参考。

基于多脉冲探测模式的激光三维成像性能研究

以Geiger模式探测器为基础的单光子探测技术因灵敏度高、精度高、体积小等特点而适用于激光三维成像系统。本文通过理论分析与数值仿真,证明了多脉冲探测模式能有效提高单光子探测的探测概率、降低虚警概率。且随着噪声强度的增大,多脉冲探测模式对激光三维成像系统在探测概率、虚警概率方面的性能提升更为明显。

公路客流视角下福建省县级单元间联系的空间组织模式及影响因素

基于公路客流视角,采用社区发现算法和地理探测器对福建省县级单元间联系的空间组织模式及影响因素进行分析。结果表明:1)福建省公路客流呈现明显的距离衰减特征,在此规则支配下其宏观格局呈现沿海连绵成带的同时发育了地市内或地市间连接紧密的网络结构,而内陆则以地市为界的网络特征明显。2)基于walk trap的社区发现算法挖掘出福莆宁、厦泉、漳州、南平、三明和龙岩社区等6个网络社区,社区内县级单元的组合并不完全受拘于行政边界,客流联系强的县级单元往往会突破行政边界的限制,进入到吸引力更强的社区中,而客流联系较弱的仅在地市行政边界内部形成网络,在此基础上划分了单核心、双核心、两大一小双组团以及多核心4种空间组织模式。3)地理探测器的分析显示,城镇化水平、第三产业增加值、社会消费品零售总额是影响福建省县级单元间公路客流空间组织的重要驱动因素。

“阿尔忒弥斯”计划管理模式分析

“阿尔忒弥斯”计划(Artemis Program)是美国发起并主导,由商业和国际伙伴共同参与的月球及深空探测项目,是美国国家航空航天局(NASA)未来十年空间探索及载人航天任务的核心,旨在确立美在空间探索及载人航天领域的领导地位。该计划将在月球表面建立“阿尔忒弥斯大本营”,在月球轨道上建造“门户”(Gateway)空间站,开展无人和有人探索及科学研究活动。“阿尔忒弥斯”计划分为两个实施阶段。

窄禁带半导体紫外光电探测研究进展(特邀)

紫外光电探测器具有比可见和近红外光电探测器更低的背景噪声、更高的灵敏度和更强的抗干扰能力,广泛应用于光学成像、安全监测、空间探测等领域。近年来,窄禁带半导体微纳结构在紫外甚至日盲紫外探测领域脱颖而出。本文介绍了两类半导体微纳结构(超细纳米线、超薄纳米片)中光吸收特性随材料特征尺寸的变化,揭示了窄禁带半导体应用于紫外探测的工作机理,综述了基于窄禁带半导体微纳结构的紫外光电探测器的研究进展,并对发展趋势进行了展望。与宽禁带半导体和Si基紫外光电探测相比,窄禁带半导体微纳结构提供了一种工艺条件更简单、制造成本更低的紫外光电探测方式。

不同高度和不同地磁扰动期间热层大气密度模式值与探测值的显著差异

热层大气密度是空间大气环境的重要参数，经过多年的研究已开发了多种大气模式，但其误差普遍较大，尤其在磁暴期间偏差值甚至超过100％．本文利用中国星载大气密度探测器和CHAMP卫星加速度计在轨获得的连续探测数据，针对近10年（2003--2014）中多次强磁暴事件和多次中等强度扰动事件，即2003年11月、2004年7月和2005年8～9月多次强磁暴事件（Kp值均达到9），2006年4月、2012年4月的两次中等强度磁暴事件（Kp值分别达到7和6），分析和比对不同强度磁扰事件期间不同高度全球大气密度就位探测值与模式值（NRLMSISE00）之间的差别．在2005年8月24日强磁扰事件中，560km高度中国卫星就位探测值上涨幅度约2～3倍，扰动区中的增变比高达5．7倍，375km高度CHAMP卫星就位探测值上涨幅度约0．8倍，扰动区中增变比达4．0倍，期间大气密度模式值不仅没有出现明显的涨落，更没有出现强烈的区域扰动；在2003年11月和2004年7月的强磁扰事件中，CHAMP卫星就位探测值均有显著涨变和强烈扰动变化，而模式值无明显扰动变化；在中等强度磁扰事件中，高度560km附近就位探测值在北、南半球高纬地区显著上涨，远高于模式值，高度350km附近就位探测值在地球阴影区域显著上涨，上涨幅度也大于模式值．分析结果表明现有大气模式对地磁扰动（尤其是强磁暴事件）期间全球热层大气密度的响应并不明显，需要进一步改善．

三维成像激光雷达线阵探测模式分析

以三维成像激光雷达对地面车辆目标探测为应用背景,采用线阵光电探测器并行接收的新体制来提高对目标成像的速度和实时性。按照对目标照射的激光辐射形式,总结出两种线阵探测模式:一种是激光多束发射模式,另一种是激光泛光发射模式。对这两种模式的机理、实现方式及优缺点进行了分析,并分别建立了两种模式下的激光雷达探测方程。采用信噪比和测距精度来分析两种模式的探测和测距性能。分别推导出了两种模式下信噪比与距离,发射功率与距离的关系表达式并进行了仿真。仿真结果表明,在相同距离和发射功率下,激光多束发射模式的回波信噪比更高;在相同距离和测距精度下,激光泛光发射模式需采用更高的发射功率。

大气背景下盖革模式APD激光雷达探测性能计算

盖革模式工作的雪崩光电二极管,以其灵敏度高著称,广泛应用于天文观测、粒子物理学、激光雷达以及通信领域.但是由于雪崩光电二极管易受到噪音的影响,特别是在背景光较亮的白天,背景噪音对探测有很大影响.本文针对白天大气背景噪音的情况,建立了盖革模式雪崩光电二极管的探测统计模型,通过设定不同探测器阈值和噪音值进行仿真计算,分析了探测阈值与噪音对虚警率的影响,给出了提高最远探测距离的途经与方法.通过限制滤光片带宽、减小探测器开启时间等方法可以将背景噪音光子数减小到2,在900km处的探测成功率为96.6%.对雷达散射截面为1m2的非合作目标,探测成功率为70%.

盖革模式APD激光雷达探测性能与虚警抑制研究

对基于盖革模式APD(GM-APD)探测器的激光雷达的探测性能和虚警抑制方法进行了研究。从系统原理与探测时序出发,研究了长死时间、回波脉宽大于时间数字转换器(TDC)分辨时间情况下目标探测概率与虚警率分布,分析了回波强度、脉宽、噪声与回波位置对目标探测概率与虚警率的影响;利用双探测器结构的探测模型,研究了双探测器结构在提高系统探测性能中的作用。研究结果表明:回波越强,脉宽越窄,噪声越低,回波位置越靠前,目标探测概率越高,虚警率越低,系统探测性能越好;对于双探测器结构,与逻辑可很好地抑制虚警;或逻辑可提高目标探测概率;使用与逻辑和或逻辑相结合的双探测器结构,可以获得更高的目标探测概率和更低的虚警率。

基于门控制模式的单光子探测电路设计

基于门控制模式的雪崩抑制方法,对工作波长为1.31μm的单光子探测器件InGaAs/InP雪崩光电二极管的高压电源和单光子信号检测电路进行了设计,同时对设计中所涉及的关键问题进行了分析。通过巧妙设计脉冲发生器的单稳态电路等效地实现了直流电平叠加脉冲的"光子门",通过使用跨阻前置放大器和精密比较甄别器等能在一定程度上提高探测的灵敏度。

载人小行星探测的飞行模式

基于载人小行星探测的任务背景,根据其基本的飞行阶段及任务特点,对其探测任务的飞行模式进行分析,其中包括探测器逃逸地球的飞行方式、小行星表面探测方式、返回与再入的飞行方式,重点研究小行星表面探测方式。对运载能力、技术难度、探测器质量规模进行了分析与比较,得出基于着陆对接口概念的近地+对接着陆+直接再入的较优的飞行模式,并将该模式进一步划分为9个飞行节点及6个主要飞行阶段,对其飞行过程进行了详细的描述。

基于盖革模式APD的光子计数激光雷达探测距离研究

最大探测距离是表征光子雷达性能的重要参数,本文利用盖革模式雪崩光电二极管阵列对直接探测脉冲光子雷达的最大探测距离进行了研究。从激光雷达方程出发,根据盖革模式雪崩光电二极管阵列探测像元中回波激发初始电子数的泊松统计模型和系统最小可接受探测概率条件,建立了光子雷达的最大探测距离理论模型。利用光子雷达系统设计参数,研究了对最大探测距离产生影响的五个主要因素。研究结果表明发射激光脉冲能量越高,噪声越小,回波位置在距离门中越靠前,大气传输系数越大,目标反射率越高,获得的最大探测距离越大;使用脉宽为5 ns,脉冲能量为50μJ的激光脉冲,最小可接受探测概率为0.9时,可获得大于1 km的最大探测距离;同时,选择合适的系统最小可接受探测概率对系统探测性能的改善十分重要。

单站电离层探测系统自动跳频探测模式的设计与实现

结合定频和扫频探测的特点,提出了一种新的探测模式——跳频探测,它可以用于对电离层局部频率精细结构的研究,也可以用于全频段电离层概貌的获取。单站电离层探测系统利用跳频探测模式实现的探测结果表明:在自动跳频探测模式设计中,采用的多线程技术可以很好地实现探测系统硬件控制、数据处理、信息提取与显示、人机交互和自动探测功能,满足探测的实时性要求。同时,采用Matlab引擎技术完成跳频探测数据的处理和显示,使软件获得强大的数据处理和显示能力,并具有开放性,易于升级。

邯邢式铁矿深部探测技术及综合找矿模式研究——以河北省沙河市白涧铁矿床为例

邯邢式铁矿是中国著名的铁矿类型之一。近年来,在邯邢地区采用深钻对白涧铁矿低缓磁异常区进行了验证,在孔深592.74～1040.52m处发现了厚度大、埋藏深、规模大、品位高的隐伏邯邢式铁矿,表明该区具有深部找矿的巨大潜力。通过对白涧矿区的综合找矿探测方法技术的应用研究和对白涧铁矿深部隐伏铁矿的预测分析,证实了高精度重、磁方法相结合是寻找该类铁矿最有效的方法。EH-4电磁测深方法通过探测深部隐伏岩体的起伏变化,进而预测和发现盲矿体,是一种间接预测隐伏矿分布的有效方法。针对邯邢地区地表及地下均存在不同程度的重、磁、电干扰,该研究加强了实地干扰源的详细调查和室内资料的相关滤波、圆滑处理、位场的转换、异常正反演解释的研究工作,认为加强赋矿地层、构造、岩浆岩、围岩蚀变和重、磁综合异常"五位一体"的深部综合找矿模式,是寻找邯邢式铁矿深部矿体的有效方法。

风廓线雷达探测模式分析与设计

通过对风廓线雷达回波信号原理和回波特点的介绍,分析了雷达信号与数据处理流程,根据雷达工作参数的取值对探测性能的影响,提出了风廓线雷达工作参数选择的顺序和原则:(1)根据高度分辨率和高度探测范围的要求确定脉冲宽度和脉冲重复周期;(2)根据对最大不模糊多普勒速度大小的分析,结合已选定的脉冲重复周期,确定相干平均次数;(3)根据测速精度的分析要求,结合已确定的最大不模糊多普勒速度值,确定谱分析时的快速傅里叶变换点数;(4)根据时间分辨率的要求,确定谱平均数。最后,设计了对流层风廓线雷达探测模式一览表,并介绍了实际应用效果。