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面向低轨卫星星座的轨道演化分析及碰撞风险研究

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面向低轨卫星星座的轨道演化分析及碰撞风险研究

作者：任书仪中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)

学位级别：硕士

低轨大型卫星星座是近年来的研究热点,其在通信和遥感领域中的应用价值逐渐被发觉,相关的星座运营商申请了包含数千至数万颗卫星的星座部署计划。大量的小卫星发射计划将导致一些重要轨道区域的空间物体数量急剧增加,能够持续利用的轨... 详细信息

低轨大型卫星星座是近年来的研究热点,其在通信和遥感领域中的应用价值逐渐被发觉,相关的星座运营商申请了包含数千至数万颗卫星的星座部署计划。大量的小卫星发射计划将导致一些重要轨道区域的空间物体数量急剧增加,能够持续利用的轨道和频率资源减少,空间物体碰撞概率显著上升。尽管一些卫星在设计过程中加入了自动防碰撞规避功能和任务结束后主动离轨环节,但运行中存在的碰撞风险可能会造成这些功能失效。因此为了更好的模拟和衡量星座引入对空间环境的影响,在对卫星星座轨道能够进行准确预报的基础上,给出合理的风险评估参量及碰撞后参考期限内空间环境参量的变化。本文以目前部署进度较为快速的Starlink星座作为研究对象,针对星座的轨道预报方式进行适当改进,给出单颗卫星的星座总体的碰撞风险评估参数、机动规避策略选取,评估卫星发生碰撞的后果、对空间环境短期和长期影响,给出卫星任务后处置成功率对环境的影响。文本主要研究内容如下:进行了推力反演分析及轨道预报精度改进研究。给出了航天器运行过程中受到的摄动力影响模型和相应的坐标转换方式,为后续建模计算做好基础准备。筛选Starlink星座发射数据,得到稳定性和规律性较强的发射批次反演卫星爬升推进力,分析了推力与释放方式之间的关系,对比平均推力和真实数据演化的推力确保数据可靠有效。基于切向推力摄动模型,选定6小时的预报时长,使用龙格库塔数值法模拟计算在二体模型和引入推力模型后两种情况下的位置速度预报误差、精度改善情况,分析了造成误差的可能原因和改进方向。进行了卫星星座碰撞风险和机动规避分析。给出空间物体的碰撞概率和通量计算方法。选取Starlink星座初期部署的4425颗卫星为整体分析对象,以质能比为参考标准计算出造成灾难性碰撞的物体尺寸阈值。划分单颗卫星全寿命周期的任务阶段,得到轨道变化及相应的时间参量,分别计算出不同轨道参数下各阶段的整体卫星碰撞概率和流经物体通量。根据设定的可接受碰撞水平,分析单颗卫星和优化后的轨道层卫星总体碰撞规避次数和对应的风险降低指数,在选取规避执行方式时,给出机动所需速度增量和相应的推进剂质量分数,给出各参量和星座碰撞风险之间的关系。进行了卫星星座对空间环境风险影响分析。模拟不同碰撞强度下Starlink卫星发生碰撞后产生碎片的数量、速度增量和面质比大小,针对不同轨道高度的碎片陨落时间进行计算,得到轨道参数和碰撞强度对碰撞解体事件造成的影响。生成Starlink星座全部轨道参数得到空间环境的密度变化,使用蒙特卡洛方法模拟了未引入星座和插入真实卫星星座发射数据后的空间编目物体数量演化过程。模拟出不同任务后处置成功率空间物体数量的增长趋势,得到增长比率,分析星座的引入可能对空间环境造成的潜在影响。基于改进后的碰撞预警系统,依据在轨卫星的真实数据,计算得到给定历元时间后3天内的碰撞交会预报结果,选取不同的可接受碰撞水平给出卫星与编目物体间和与星座内卫星间的危险交会信息。星座构型和分布方式可能会出现近距离接触和碰撞概率提升的情况,需要依照具体情况进行选择。针对载人航天器和卫星星座开展碰撞风险评估,衡量星座对载人任务造成的潜在影响。综合轨道预报改进、卫星星座碰撞风险和机动规避分析、卫星星座对空间环境风险影响,总结归纳出低轨大型卫星星座与空间环境之间可能存在的相互作用形式、目前预警技术的不足以及未来研究的改进方向和重点。为了保证空间环境的安全有序,相关负责人员需要了解此类星座任务对空间环境可能产生的持续性影响,在前期计划、操作和测试阶段合理设计,实现卫星任务后处置的最高可靠性。需要严格遵守空间碎片协调委员会提出的准则,共同治理太空环境保障航天器安全运行。

关键词：轨道预报低轨卫星星座碰撞风险空间碎片环境碰撞预警

基于MGWR模型的江苏省耕地细碎度空间格局与驱动因素分析

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农业工程学报 2024年第16期40卷 229-239页

作者：张睿思叶思菁任书义北京师范大学地理科学学部北京100875 华东师范大学地理科学学院上海200241

耕地细碎化通常被认为会降低农业生产效率,进而威胁粮食安全。认知耕地细碎度格局及驱动因素是科学治理耕地细碎化的重要前提。该研究以江苏省为研究区,从斑块密度指数、面积加权平均形状指数、面积多样性指数、斑块结合度指数4个维度... 详细信息

耕地细碎化通常被认为会降低农业生产效率,进而威胁粮食安全。认知耕地细碎度格局及驱动因素是科学治理耕地细碎化的重要前提。该研究以江苏省为研究区,从斑块密度指数、面积加权平均形状指数、面积多样性指数、斑块结合度指数4个维度评估县级耕地细碎度,并基于K-means方法分析不同维度耕地细碎度的聚类特征。在此基础上,该文应用多尺度地理加权回归模型(multiscale geographically weighted regression,MGWR),从地形部位、土壤性状、城市化水平、利用强度、耕地保护力度5个维度探究了江苏省各县区细碎度的驱动因素。研究结果表明:江苏省耕地呈现南北差异,具体表现为斑块密度与形状指数北低南高,面积多样性指数北高南低,结合度指数西高东低。4个维度的县级耕地细碎度指标表现出3类聚类特征:A类(高连片-小田块类型)和B类(低连片-小田块类型)县区位于省南部,均表现出斑块密度大、形状不规则,面积多样性较高的特征,其中A类县区比B类县区具有更高的耕地连片性;C类(高连片-大田块类型)县区的斑块密度较低,形状规则,面积多样性低且耕地连片度高,主要分布在中部和北部地区。此外,不同类型区域耕地细碎度的驱动因素表现出空间异质性特征,面向不同地区应采取差异化的细碎化治理策略。南部县区(A类和B类)的耕地细碎度主要受自然因素驱动,而中部和北部县区(C类)的耕地细碎度则受到更为复杂的综合因素影响,包括耕地分配制度、经济发展情况等。该研究的结果可为江苏省优化耕地细碎度治理模式,进而发展耕地可持续利用提供参考。

关键词：土地利用耕地资源耕地细碎化 K-means 地理加权回归

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“星链”卫星毁于地磁暴事件空间环境分析

国际太空 2022年第5期 35-39页

作者：罗冰显王荣兰刘卫闫瑞东任廷领任书仪刘四清雷久侯中国科学院国家空间科学中心空间环境态势感知技术重点实验室中国科学技术大学地球和空间科学学院

2022年2月8日,美国太空探索技术公司(SpaceX)发布声明称,2月3日发射的一个批次49颗“星链”(Starlink)卫星,有多达40颗因受地磁暴影响可能已经或将要在大气层坠毁。该消息马上在社会上引起热议,也引起了相关专业人员的关注和疑虑:一个... 详细信息

2022年2月8日,美国太空探索技术公司(SpaceX)发布声明称,2月3日发射的一个批次49颗“星链”(Starlink)卫星,有多达40颗因受地磁暴影响可能已经或将要在大气层坠毁。该消息马上在社会上引起热议,也引起了相关专业人员的关注和疑虑:一个普通的小地磁暴真能一下摧毁美国40颗卫星吗?就此,我们利用国内子午工程等空间环境监测数据和相关模型,分析了发射前后的空间天气变化,以及“星链”卫星轨道上的空间环境状况,评估了空间环境的影响。

关键词：地磁暴空间天气太空探索环境监测数据环境分析事件空间卫星轨道子午工程

CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的电离特性试验研究

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高电压技术 2024年第3期50卷 1331-1339页

作者：向志辉郑宇任书波周文俊朱太云电网环境保护全国重点实验室(武汉大学) 武汉430072 武汉大学电气与自动化学院武汉430072 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院合肥230022

为评估CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的绝缘性能,研究了其在电场中的电离特性。通过稳态汤逊实验(SST)测量获得了CF3SO2F摩尔分数分别为10%、20%、30%、40%、100%的CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的有效电离系数和临界约化场强,研究了混合... 详细信息

为评估CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的绝缘性能,研究了其在电场中的电离特性。通过稳态汤逊实验(SST)测量获得了CF3SO2F摩尔分数分别为10%、20%、30%、40%、100%的CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的有效电离系数和临界约化场强,研究了混合比例、约化场强和电极距离对其电离特性的影响,并比较了CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体相对于SF6的绝缘强度。结果表明:CF_(3)SO_(2)F摩尔分数为10%时,CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的电离特性与N_(2)类似;随着CF_(3)SO_(2)F占比增大至20%以上后,CF3SO2F/N2混合气体的电离特性逐步由CF_(3)SO_(2)F主导;CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体相对于SF6的理论绝缘强度随着CF_(3)SO_(2)F摩尔分数的增大而增大,40%CF_(3)SO_(2)F/60%N_(2)混合气体的临界约化场强约为SF_(6)的1.01倍,但其对电场变化的敏感程度不如SF6。研究结果可为CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的绝缘强度评估提供理论基础。

关键词： CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体 SF_(6)替代气体稳态汤逊实验临界约化场强有效电离系数

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目标检测中注意力机制综述

计算机工程 2024年

作者：任书玉汪晓丁林晖福建师范大学计算机与网络空间安全学院

Transformer在自然语言处理中表现出惊人的性能，激励了研究人员开始探索其在计算机视觉任务中的应用。DETR将目标检测视为一个集合预测问题，引入Transformer模型来解决目标检测任务，从而避免了传统方法中的提案生成和后处理步骤。最... 详细信息

Transformer在自然语言处理中表现出惊人的性能，激励了研究人员开始探索其在计算机视觉任务中的应用。DETR将目标检测视为一个集合预测问题，引入Transformer模型来解决目标检测任务，从而避免了传统方法中的提案生成和后处理步骤。最初的DETR在训练收敛和小物体检测方面存在一些问题。为了解决这些问题，研究人员进行了多方面的改进，实现了DETR的实质性改进，提升其性能。我们对DETR的基本模块和最近的增强进行了深入研究，包括对主干结构的修改、查询设计策略和注意机制的改进。同时，还对各种检测器进行了比较分析，评估了它们的性能和网络架构，深入探讨了DETR的局限性和面临的挑战，并展望了未来在该领域的发展方向。通过这篇论文的研究，展示了DETR在计算机视觉任务中的潜力和应用前景。

关键词：注意力机制计算机视觉深度学习 DETR 目标检测

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面向大规模数据的高效超图神经网络

中国科学：信息科学 2024年第4期54卷 853-871页

作者：吉书仪魏宇轩戴琼海高跃清华大学软件学院北京100084 清华大学自动化系北京100084 脑与认知智能北京实验室北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084 清华大学脑与认知科学研究院北京100084

高阶关联广泛存在于现实世界中,如社交网络、生物网络、交通网络等,建模及优化高阶关联对于网络属性研究和演化趋势预测具有重要意义.超图是一种灵活的数据结构,能够自然地建模高阶关联.近年来,随着深度学习的发展,基于超图建模的超图... 详细信息

高阶关联广泛存在于现实世界中,如社交网络、生物网络、交通网络等,建模及优化高阶关联对于网络属性研究和演化趋势预测具有重要意义.超图是一种灵活的数据结构,能够自然地建模高阶关联.近年来,随着深度学习的发展,基于超图建模的超图神经网络被广泛应用于面向高阶关联的表示学习.然而,现有的超图神经网络均基于直推学习范式,虽然在小规模超图数据集上取得了不错的效果,但难以应用到大规模数据上,限制了其应用范围.本文首先分析了现有超图神经网络方法在大规模数据上应用的挑战,然后针对该问题提出了面向大规模数据的高效超图神经网络方法(efficient hypergraph neural network,EHGNN).针对现有方法空间、时间复杂度过高的问题,EHGNN分别设计了超图采样模块和基于单阶段超图卷积的计算加速模块,同时降低了超图神经网络的空间开销和时间开销,使得超图神经网络适用于大规模超图数据,显著增强了可扩展性.在4个真实超图数据集上的实验结果验证了EHGNN的有效性和高效性.

关键词：超图计算超图神经网络高阶关联大规模数据节点分类

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病毒样颗粒作为mRNA递送载体的研究进展

生物工程学报 2024年

作者：林鑫宇任书玲李廷栋葛胜祥国家传染病诊断试剂与疫苗工程技术研究中心(厦门大学) 厦门大学公共卫生学院

随着信使核糖核酸(messenger RNA， mRNA)技术的不断发展，mRNA药物在近些年展现出了广阔的应用前景。mRNA自身易被降解且难以直接入胞，因此mRNA递送载体一直是mRNA药物研发的重点之一。尽管脂质纳米颗粒(lipid nanoparticles， LNP)... 详细信息

随着信使核糖核酸(messenger RNA， mRNA)技术的不断发展，mRNA药物在近些年展现出了广阔的应用前景。mRNA自身易被降解且难以直接入胞，因此mRNA递送载体一直是mRNA药物研发的重点之一。尽管脂质纳米颗粒(lipid nanoparticles， LNP)已经广泛应用于mRNA的递送，但LNP倾向于在肝脏聚集，并且重复给药后容易诱发机体炎症反应从而导致组织损伤。相比LNP，病毒样颗粒(virus-like particles， VLP)具有生物相容性高、安全性高的优势，有望为mRNA递送提供新的解决思路。本文从实际应用需求出发，根据VLP实现mRNA递送的几个步骤，即颗粒组装、递送入胞和胞内释放，对该领域的研究进展进行综述，以期为开发新型VLP递送载体提供依据和设计思路，从而推动VLP载体在mRNA递送领域的发展，为mRNA疗法的研究和应用提供新的可能。

关键词： mRNA 递送载体病毒样颗粒 mRNA药物

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蓝莓复合果泥超高压和热杀菌的比较分析

现代食品科技 2024年第4期40卷 206-214页

作者：马新雨毕秀芳任书凝邢亚阁中国农业大学四川现代农业产业研究院四川成都611430 西南民族大学食品科学与技术学院四川成都610041 西华大学食品与生物工程学院四川成都610039

以蓝莓、草莓和苹果为原料,通过感官评价分析,研制出一款蓝莓复合果泥。利用超高压(UHP)和热杀菌(TS)处理果泥,分析处理前后和4℃贮藏40 d内其微生物、理化指标、色泽、花青素、香气和流变特性的变化。结果表明,两种处理后果泥菌落总数... 详细信息

以蓝莓、草莓和苹果为原料,通过感官评价分析,研制出一款蓝莓复合果泥。利用超高压(UHP)和热杀菌(TS)处理果泥,分析处理前后和4℃贮藏40 d内其微生物、理化指标、色泽、花青素、香气和流变特性的变化。结果表明,两种处理后果泥菌落总数、大肠菌群和霉菌均未检出,贮藏40 d时仍符合食品标准限量。pH值在处理后和贮藏期内都显著降低(P0.05),TS处理后显著增大(P0.05),贮藏期间,UHP组花色苷含量显著高于TS组。UHP和TS组果泥贮藏期间ΔE最大值分别为1.26和3.47,TS组果泥贮藏时出现明显颜色变化。电子鼻结果表明UHP比TS能更好地保留果泥的香气成分。流变仪结果表明UHP组果泥贮藏期间具有更好的稳定性。综上,UHP对蓝莓复合果泥的品质保存效果好,是一种适用于蓝莓复合果泥加工的杀菌方式。

关键词：蓝莓复合果泥超高压热杀菌品质贮藏

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新文科建设视角下审计学课程的创新改革与实践——以安徽三联学院为例

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老字号品牌营销 2024年第6期 225-227页

作者：郑书仪安徽三联学院合肥230601

“新文科”建设的目标是把学生塑造为具备跨学科视野的新型人才。审计学是财会类专业的核心课程,它不仅要求学生掌握审计理论基础知识,还期望他们具备一定的实际操作能力。同时,审计学还强调学生应具备信息化审计的技术与思维,以及培养... 详细信息

“新文科”建设的目标是把学生塑造为具备跨学科视野的新型人才。审计学是财会类专业的核心课程,它不仅要求学生掌握审计理论基础知识,还期望他们具备一定的实际操作能力。同时,审计学还强调学生应具备信息化审计的技术与思维,以及培养他们形成诚信公正的职业道德。因此,在数字智能化经济时代,审计学课程教学团队以新文科建设的理念为指导,对审计学课程进行了教学内容、教学模式、教学方式等方面的一系列创新改革,这些改革在实践教学环节取得了一定的成效。

关键词：审计学课程改革信息化思维教学质量