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Medium-energy electron spectrometers on Macao Science Satellite-1

Science China Technological Sciences 2024年第11期67卷 3324-3343页

作者： YE YuGuang LIU Ying ZOU Hong ZONG QiuGang CHEN JiaLi YU XiangQian SHI WeiHong OU JiaMing LIU JianBin YU LiJia ZHOU Jun HUANG He yuan shigeng SU Wen SUO Le State Key Laboratory of Lunar and Planetary Sciences Macau University of Science and TechnologyCNSA Macao Center for Space Exploration and Science School of Earth and Space Sciences Peking University Shandong Aerospace Electro-technology School of Astronautics Northwestern Polytechnical University DFH Satellite Co.Ltd. Institute of Remote Sensing Satellite China Academy of Space Technology

The Macao Science Satellite-1 is a two-satellite constellation specifically designed to study the geomagnetic field and particle radiation environment in low Earth orbit, particularly in the South Atlantic Anomaly region, with a low inclination orbit. Each of the two MSS-1 satellites carries a medium-energy electron spectrometer(MES). The MES sensor heads are based on pinhole imaging technology, which can simultaneously measure 50-600 keV electrons incident from nine directions with a field of view(FOV) of 180° × 30°. The two MESs can realize the pitch angle coverage of medium energy electrons at most positions in the orbit. The MSS-1 A/B MESs can realize direct observation of precipitating electrons and electrons near their loss cones. It can help to study the electron generation mechanism in the inner radiation belt and quantify the precipitation of magnetospheric energetic electrons. Combined with the geomagnetic index, solar wind parameters, interplanetary magnetic field conditions, etc.,it can also help to build a dynamic evolution model of energetic electrons in the near-Earth space, to realize the early warning and prediction of space weather based on the observation data, which can provide safety for spacecraft and astronauts in the nearEarth space.

关键词： Macao Science Satellite-1 medium-energy electron spectrometer inner radiation electrons Southern Atlantic Anomaly pitch angle distribution

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The state-of-the-art of the China Seismo-Electromagnetic Satellite mission

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Science China(Technological Sciences) 2018年第5期61卷 634-642页

作者： SHEN XuHui ZHANG XueMin yuan shigeng WANG LanWei CAO JinBin HUANG JianPing ZHU Xing Hong PIERGIORGIO Picozzo DAI JianPing Institute of Crustal Dynamics China Earthquake Administration Beijing 100085 China Institute of Earthquake Science China Earthquake Administration Beijing 100085 China DFH Satellite Co. Ltd. Beijing 100081 China School of Space and Environment Beihang University Beijing 100191 China Italian National Institute of Nuclear Physics Roma 00133 Italy Beijing Special Engineering Design and Research Institute Beijing 100028 China

The China Seismo-Electromagnetic Satellite(CSES) mission was proposed in 2003 and approved in 2013 after ten years' scientific and engineering demonstrations. To meet the requirement of scientific objectives, the satellite is designed to be in a sunsynchronous orbit with an altitude of 507 km and descending node time of 14:00 LT. The CSES satellite carries 8 instruments,including search-coil magnetometer(SCM), electric field detector(EFD), high precision magnetometer(HPM), GNSS occultation receiver(GOR), plasma analyzer package(PAP), langmuir probe(LAP), high energetic particle package(HEPP) and detector(HEPD), and tri-band beacon(TBB), among which HEPD is provided by Italian Space Agency. The CSES satellite was launched successfully on February 2, 2018, and is planned to operate for 5 years. The CSES mission is the first satellite in China to measure geophysical fields, which will have a lot of application prospects in the study of seismology, geophysics, space sciences, and so on.

关键词： China Seismo-Electromagnetic Satellite seismo-ionospheric disturbance lithosphere-atmosphere-ionosphere coupling geomagnetic fields ionosphere

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低轨卫星磁测及全球地磁场建模

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地球与行星物理论评（中英文） 2024年第6期55卷 652-667页

作者：杨艳艳王婕泽仁志玛申旭辉周斌袁仕耿苗元青徐玥应急管理部国家自然灾害防治研究院北京100085 中国科学院国家空间科学中心北京100190 北京空间飞行器总体设计部北京100094 航天东方红卫星有限公司北京100081

低轨卫星磁测因其覆盖范围广、精度高、无疆域限制等优点,已逐步成为全球高精度地磁探测和全球地磁场模型更新的主要手段.本文首先对国内外低轨卫星磁测发展历史、主要特征、测量精度、发展趋势等做了总结和回顾.其次介绍了低轨卫星磁... 详细信息

低轨卫星磁测因其覆盖范围广、精度高、无疆域限制等优点,已逐步成为全球高精度地磁探测和全球地磁场模型更新的主要手段.本文首先对国内外低轨卫星磁测发展历史、主要特征、测量精度、发展趋势等做了总结和回顾.其次介绍了低轨卫星磁测的在轨定标流程和方法,详细描述了作为重点和难点的矢量磁场在轨正交校正和坐标转换算法,并展示了主要磁测卫星在轨定标结果.文章最后介绍了全球地磁场建模理论,并对主要的全球地磁场模型、空间分辨率等进行了总结,展示了主磁场、不同分辨率岩石圈磁场、磁层和电离层电流体系外源场的全球分布形态和主要特征.得益于低轨卫星磁测技术,全球地磁场建模得到了快速发展,并在科学研究、资源探测、通讯导航、自然灾害防治等领域得到了广泛应用,但目前仍然面临时空分辨率有限等问题,解决这一问题需要融合近地表观测数据,并不断优化场源描述能力和建模技术.

关键词：地磁场卫星磁测在轨定标地磁场模型主磁场磁异常外源场

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The earthquake-related disturbances in ionosphere and project of the first China seismo-electromagnetic satellite

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Earthquake Science 2011年第6期24卷 639-650页

作者： Xuhui Shen Xuemin Zhang Lanwei Wang Huaran Chen Yun Wu shigeng yuan Junfeng Shen Shufan Zhao Jiadong Qian Jianhai Ding Institute of Earthquake Science China Earthquake Administration Beijing 100036 China Institute of Crustal Dynamics~ China Earthquake Administration Beijing 100085 China Institute of Geophysics China Earthquake Administration Beijing 100081 China Earthquake Administration of Hubei Province Wuhan 430071 China DFH Satellite Co. Ltd. Beijing 100094 China State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources Chinese University of Geosciences Beijing 100029 China

Based on the case studies and statistical analysis of earthquake-related ionospheric disturbances mainly from DEMETER satellite, ground-based GPS and ionosounding data, this paper summarizes the statisw tical characteristics of earthquake-related ionospheric disturbances, including electromagnetic emissions, plasma perturbations and variation of energetic particle flux. According to the main results done by Chinese scientists, fusing with the existed study from global researches, seismo-ionospheric disturbances usually occurred a few days or hours before earthquake occurrence. Paralleling to these case studies, lithosphere-atmosphere-ionosphere （LAI） coupling mechanisms are checked and optimized. A thermo-electric model was proposed to explain the seismo-electromagnetic effects before earthquakes. A propagation model was put forward to explain the electromagnetic waves into the ionosphere. According to the requirement of earthquake prediction research, China seismo-electromagnetic satellite, the first space-based platform of Chinese earthquake stereoscopic observation system, is proposed and planned to launch at about the end of 2014. It focuses on checking the LAI model and distinguishing earthquake-related ionospheric disturbance. The preliminary design for the satellite will adopt CAST-2000 platform with eight payloads onboard. It is believed that the satellite will work together with the ground monitoring network to improve the capability to capture seismo-electromagnetic information, which is beneficial for earthquake monitoring and prediction researches.

关键词： seismo-ionospheric coupling earthquake-related ionospheric disturbance China seismoelectromagnetic satellite lithosphere-atmosphere-ionosphere coupling model

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China Seismo-Electromagnetic Satellite search coil magnetometerdata and initial results

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Earth and Planetary Physics 2018年第6期2卷 462-468页

作者： Qiao Wang JianPing Huang XueMin Zhang XuHui Shen shigeng yuan Li Zeng JinBin Cao Institute of Crustal Dynamics China Earthquake Administration Beijing 100085 China Institute of Earthquake Forecasting China Earthquake Administration Beijing 100036 China DFH Satellite Co. Ltd. Beijing 100081 China School of Space and Environment Beihang University Beijing 100191 China

Four levels of the data from the search coil magnetometer(SCM) onboard the China Seismo-Electromagnetic Satellite(CSES)are defined and described. The data in different levels all contain three components of the waveform and/or spectrum of the induced magnetic field around the orbit in the frequency range of 10 Hz to 20 kHz; these are divided into an ultra-low-frequency band(ULF,10–200 Hz), an extremely low frequency band(ELF, 200–2200 Hz), and a very low frequency band(VLF, 1.8–20 kHz). Examples of data products for Level-2, Level-3, and Level-4 are presented. The initial results obtained in the commission test phase demonstrated that the SCM was in a normal operational status and that the data are of high enough quality to reliably capture most space weather events related to low-frequency geomagnetic disturbances.

关键词： search coil magnetometer CSES,data description earthquake

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圆轨道星座全球覆盖的充分必要条件

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宇航学报 1999年第3期20卷 82-86页

作者：袁仕耿杨维廉北京空间飞行器总体设计部北京100086

　对采用圆轨道的星座，目前的研究基本上局限于实际应用方面，很少进行理论方面的研究。本文首次提出并证明了达到全球连续多重覆盖的充要条件。这对进行星座设计具有积极的指导意义。

关键词：卫星轨道星座设计全球覆盖充要条件

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电磁监测试验卫星(张衡一号)系统设计与关键技术

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遥感学报 2018年第S1期22卷 32-38页

作者：袁仕耿朱兴鸿黄建平航天东方红卫星有限公司北京100094 中国地震局地壳应力研究所北京100085

电磁监测试验卫星(张衡一号)是中国地震立体监测体系的首个天基电磁平台,是中国地球物理场探测卫星计划首发星,用于获取地球磁场、空间电磁波场、电离层等离子体原位和结构参数及其变化信息,为探索地震前兆信息、空间环境监测预报和地... 详细信息

电磁监测试验卫星(张衡一号)是中国地震立体监测体系的首个天基电磁平台,是中国地球物理场探测卫星计划首发星,用于获取地球磁场、空间电磁波场、电离层等离子体原位和结构参数及其变化信息,为探索地震前兆信息、空间环境监测预报和地球系统科学研究提供新的技术手段,为未来建立地震前兆电磁监测卫星业务化系统进行技术准备。介绍张衡一号卫星的系统设计、研制历程,特别卫星特殊的轨道设计、工作模式设计、磁电洁净度设计以及伸杆机构设计等关键技术特点。

关键词：电磁监测试验卫星(张衡一号) 地球物理场电离层地震磁洁净度电洁净度伸杆机构

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卫星时钟信号功分网络对锁相环电路干扰分析

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航天器工程 2018年第2期27卷 124-128页

作者：高杰韩浪纪文章袁仕耿航天东方红卫星有限公司北京100094

在多颗卫星测试中,连接在功分网络上的设备在各自加断电的瞬间,会造成锁相环电路输入信号的相位瞬时变化,引发锁相环电路的相位跟踪,导致瞬时失锁。文章通过理论推导和公式仿真,明确了产生干扰的各设备时钟信号入口的反射系数和功分网... 详细信息

在多颗卫星测试中,连接在功分网络上的设备在各自加断电的瞬间,会造成锁相环电路输入信号的相位瞬时变化,引发锁相环电路的相位跟踪,导致瞬时失锁。文章通过理论推导和公式仿真,明确了产生干扰的各设备时钟信号入口的反射系数和功分网络各输出端口的隔离度是影响干扰强弱的主要因素。提出了使各设备时钟信号入口的驻波不相等,且反射系数相位趋于同相,同时提高网络各输出端口的隔离度的消除干扰方法,并通过设备的系统联试进行了验证。结果表明:此方法可以有效抑制此类干扰,可为卫星时钟信号功分网络设计提供参考。

关键词：卫星时钟信号功分网络锁相环电路失锁

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低轨卫星月影事件预报优化

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飞行器测控学报 2016年第2期35卷 117-124页

作者：朱兴鸿苗园青袁仕耿航天东方红卫星有限公司北京100094

针对卫星月影问题,提出了一种低轨卫星优化的月影预报策略,可以有效提高目前低轨卫星在轨管理时对月影事件预报的效率。结合仿真对产生月影事件的太阳、地球、月球的三体关系进行了分析,首先给出了月影产生的解析分析方法,并通过对一个... 详细信息

针对卫星月影问题,提出了一种低轨卫星优化的月影预报策略,可以有效提高目前低轨卫星在轨管理时对月影事件预报的效率。结合仿真对产生月影事件的太阳、地球、月球的三体关系进行了分析,首先给出了月影产生的解析分析方法,并通过对一个三维月影影响模型的分析,得到了月影影响区间的判定要素——月影临界角;然后进一步通过对月影临界角的分析,提出了基于太阳与白道面的位置关系和月影临界角对低轨卫星月影事件的优化预报方法;最后基于大量的随机低轨卫星场景对本方法的正确性进行了验证。研究结果表明,此方法能够较大地提高月影预报效率,可以将月影预报频率从每月1次降低到每年2次,从而简化了低轨卫星在轨运行管理的任务复杂度,为卫星的在轨可靠运行提供支持。

关键词：低轨卫星月影预报优化月影临界角在轨管理

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基于IRI模型的卫星环境仿真方法研究

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航天器工程 2013年第2期22卷 40-44页

作者：朱兴鸿张伟袁仕耿航天东方红卫星有限公司北京100094 中国空间技术研究院北京100094

针对卫星所运行电离层等离子体环境的分析要求,搭建了一个以MATLAB软件为核心,以国际参考电离层(IRI)模型的MEX封装、卫星工具包(STK)为计算仿真模块的多源交互环境。以一颗500km高的太阳同步轨道卫星为例,结合卫星的实际任务运行,对卫... 详细信息

针对卫星所运行电离层等离子体环境的分析要求,搭建了一个以MATLAB软件为核心,以国际参考电离层(IRI)模型的MEX封装、卫星工具包(STK)为计算仿真模块的多源交互环境。以一颗500km高的太阳同步轨道卫星为例,结合卫星的实际任务运行,对卫星运行的等离子体中的电子密度、电子温度、离子温度等重要参数进行了仿真分析。仿真结果表明,此方法可以基于IRI模型较为精确、高效地分析卫星的等离子体环境参数。该方法还能推广到地磁场、大气层、磁层、地球辐射带、太阳风等其他卫星运行环境的分析,为卫星的总体任务分析提供直接的支持。

关键词：卫星环境仿真电离层国际参考电离层模型 MATLAB软件卫星工具包

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