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基于深度学习的空间碎片激光测距信号实时识别方法

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激光与光电子学进展 2024年

作者：吴宸光吴志波何英张海峰秦思龙明亮张忠萍上海大学理学院物理系中国科学院上海天文台中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室

针对空间碎片激光测距中信号难以准确实时识别的问题，本文提出了一种基于深度学习的空间碎片激光测距信号实时识别方法。利用深度学习中循环神经网络的长短期记忆网络(LSTM)，实现了对于传统信号识别方法难以识别的空间碎片激光测距信... 详细信息

针对空间碎片激光测距中信号难以准确实时识别的问题，本文提出了一种基于深度学习的空间碎片激光测距信号实时识别方法。利用深度学习中循环神经网络的长短期记忆网络(LSTM)，实现了对于传统信号识别方法难以识别的空间碎片激光测距信号的实时识别。LSTM擅长捕捉和保存时序数据中的长期依赖关系，能够处理缺失、噪声多或不规则的序列数据，同时有不俗的泛化能力。该方法通过实际观测数据验证，提高了空间碎片的识别率，相较回波信号相关法，不仅平均计算时间缩短了8%，而且信号识别的F1分数(回波信号识别精确度和召回率的综合指标)由0.2144提高至0.6068，提升了近两倍。本方法将对空间碎片的探测识别发挥重要作用，并为深度学习技术在空间目标激光测距中的应用提供了关键参考。

关键词：空间碎片激光测距深度学习信号实时识别

活动小行星311P/PANSTARRS的动力学特性分析

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天文学报 2024年第2期65卷 87-102页

作者：辛瑛琦史建春马月华陈媛媛中国科学院紫金山天文台/中国科学院行星科学重点实验室南京210023 中国科学技术大学天文与空间科学学院合肥230026 中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院比较行星学卓越创新中心合肥230026

311P/PANSTARRS是一颗活动小行星,具有小行星和彗星的双重特征,是中国``天问二号'的探测目标之一.311P/PANSTARRS直径较小,约为400 m,非引力效应可能会对其长期动力学演化产生较大的影响.通过假定不同表面组分,研究了Yarkovsky效应对311... 详细信息

311P/PANSTARRS是一颗活动小行星,具有小行星和彗星的双重特征,是中国``天问二号'的探测目标之一.311P/PANSTARRS直径较小,约为400 m,非引力效应可能会对其长期动力学演化产生较大的影响.通过假定不同表面组分,研究了Yarkovsky效应对311P/PANSTARRS轨道演化的影响,讨论了密近交汇、非破坏性碰撞和YORP(Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack)效应等非引力效应,计算了小行星与大行星密近交汇及碰撞概率,估计了311P/PANSTARRS达到自转周期分裂极限的时标.模拟结果显示与纯引力模型相比,Yarkovsky效应可能会加快311P/PANSTARRS离开当前共振区域,大约在10Myr以后311P/PANSTARRS会离开当前所在共振带,在表面覆盖风化层的情况下有机会通过v6长期共振成为越火小行星;在考虑YORP效应的情况下,311P/PANSTARRS在2 Myr时标内可达到自转周期分裂极限;在考虑Yarkovsky效应及YORP效应等因素的情况下,311P/PANSTARRS在10 Myr时标内仍可保持其动力学稳定性,且YORP效应不会显著影响其半长径偏移量.

关键词：天体力学方法:统计行星和卫星:动力学演化和稳定性矮行星小行星:个别:311P/PANSTARRS

常见的恒星质量和恒星形成率计算方法之间的对比

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中国科学院大学学报（中英文） 2024年第3期41卷 312-320页

作者：李翠环李国栋蔡肇伟单增罗布西藏大学理学院物理系拉萨850000 西藏大学宇宙线教育部重点实验室拉萨850000 中国科学院国家天文台北京100101 中国科学院大学北京100049 中国科学院国家天文台中国科学院FAST重点实验室北京100101

针对斯隆数字巡天计划中有测光及光谱认证的正常星系的样本,利用天文多波段巡天数据,分别使用恒星质量和恒星形成率(SFR)的数种不同计算方法,从原理到结果进行相互对比。研究发现,不同的恒星质量估算方法的结果相互差异并不显著,然而SF... 详细信息

针对斯隆数字巡天计划中有测光及光谱认证的正常星系的样本,利用天文多波段巡天数据,分别使用恒星质量和恒星形成率(SFR)的数种不同计算方法,从原理到结果进行相互对比。研究发现,不同的恒星质量估算方法的结果相互差异并不显著,然而SFR的不同方法之间存在不同程度且重要的误差。因此,在对星系间SFR进行相互比较,或是研究星系演化时的SFR分析时,应使用相类似的观测数据资料,以及同一种SFR估算方式,避免不同估算方式的偏差造成的错误解读。

关键词：星系恒星质量恒星形成率星系演化

深度学习算法应用于激光束指向关键点自动识别研究

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激光与光电子学进展 2024年

作者：索毓龙张海峰张宝孙杰峰秦思龙明亮中国科学院上海天文台中国科学院大学中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室中国人民解放军61711部队

在收发分离式卫星激光测距系统中，需要对发射激光束的指向进行实时调节，以精确瞄准卫星。本文提出并研究了一种基于深度学习模型的激光束指向关键点实时识别方法。通过积累大量卫星观测成功后的激光束图像，并通过对图像数据批量标注... 详细信息

在收发分离式卫星激光测距系统中，需要对发射激光束的指向进行实时调节，以精确瞄准卫星。本文提出并研究了一种基于深度学习模型的激光束指向关键点实时识别方法。通过积累大量卫星观测成功后的激光束图像，并通过对图像数据批量标注和数据增强，最终建立了激光束指向图像数据集。研究并使用YOLOv8-pose深度学习算法进行了模型训练，并成功将该模型应用于卫星激光观测。相较于传统激光束图像边缘提取提取方法，本文提出的方法表现出更强的适应性，平均准确率的均值达到99.39%。此外，该方法还有效解决了在天气相对较差时激光束指向关键点识别不准确的问题，为实现自动化卫星激光测距系统奠定了基础。

关键词：卫星激光测距激光束指向关键点深度学习自动识别测距自动化

天语计划——寻找第二个太阳系及探索动态宇宙（英文）

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天文学报 2024年第4期 3-45页

作者：冯发波芮易成杜芝茂林清张聪聪周丹崔开明 OGIHARA Masahiro 杨明林杰蔡永志杨涛只庞晓莹简明杰李文雄郭恒潇史弦史建春李荐扬郭康柔姚嵩陈啊明贾鹏谭先瑜 JENKINS S.James 蒋宏轩张铭缘李可欣肖光耀郑书玥宣一帆郑捷何敏 JONES R.A.Hugh 宋翠英上海交通大学李政道研究所上海交通大学物理与天文学院上海天文馆(上海科技馆分馆) 中国科学院上海天文台同济大学测绘与地理信息学院中国科学院星系宇宙学重点实验室(中国科学技术大学) 中国科学技术大学天文与空间科学学院中国科学院云南天文台中国科学院天体结构与演化重点实验室国际超新星中心-云南省国际超新星研究重点实验室西安交通大学物理学院西交利物浦大学物理系上海师范大学上海市星系与宇宙学半解析研究重点实验室 Department of Astronomy Stockholm University 中国科学院国家天文台中山大学大气科学学院太原理工大学电子信息与光学工程学院 Instituto de Estudios Astrofísicos Facultad de Ingeniería y CienciasUniversidad Diego Portales Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines(CATA) 山东大学空间与物理学院山东省光学天文与日地空间环境重点实验室中国科学院国家天文台中国科学院天文光学技术重点实验室 Centre for Astrophysics Research University of Hertfordshire 清华大学天体物理研究中心

像木星和土星这样的冷巨行星对类地行星的形成和宜居性起到了关键作用,因此,对像太阳系这样具有多个冷巨行星的系统的搜寻具有重要意义.Kepler以及TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite)太空望远镜成功地通过凌星的方法发现了... 详细信息

像木星和土星这样的冷巨行星对类地行星的形成和宜居性起到了关键作用,因此,对像太阳系这样具有多个冷巨行星的系统的搜寻具有重要意义.Kepler以及TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite)太空望远镜成功地通过凌星的方法发现了大量短周期行星,然而这些巡天项目的观测基线不足以发现更长周期的行星.为此,天语计划将部署两台1m望远镜(天语一号和天语二号),用于结合天语和其他计划的数据通过凌星法来发现冷巨行星及其他行星,并最终发现类太阳系.天语一号具有约10平方度的视场以及高速CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor)科学相机,将对超过1000万颗恒星每小时进行一次高精度测光采样,并通过天语二号的多波段测光、光谱仪以及高分辨率成像对天语一号发现的候选行星进行确认.天语望远镜将放置于海拔约4000m的中国青海冷湖,是目前中国境内最好观测台址之一.天语对亮于14等星的测光精度为0.1%,对亮于18等星的测光精度优于1%,天语预计在5yr内将在类太阳周期发现超过300颗凌星行星,其中包括约17颗冷巨行星.基于系统轨道共面以及孪生地球发生率为10%的假设,天语预计将发现1-2个类太阳系,并可被未来的地球2.0计划所证实.此外,天语还将通过多种巡天观测模式测量从亚秒到周时标的光变,探测不同时标的时域现象,包括超新星早期光变、稀有变星和双星、潮汐瓦解事件、Be星、彗星活动以及系外小行星等.这些发现不仅将深化我们对宇宙的理解,还将为公众科学和科普提供重要平台.

关键词：技术:测光行星与卫星:探测行星与卫星:形成恒星:超新星:普通恒星:变星:普通小行星:普通恒星:伽马射线暴:普通

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近邻宜居行星巡天计划:利用空间天体测量法寻找下一个“地球”

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空间科学学报 2024年第2期44卷 193-214页

作者：季江徽李海涛张俊波李东方亮王素邓雷陈果李飞董瑶李保权高晓东鲜浩中国科学院紫金山天文台南京210023 中国科学技术大学天文与空间科学学院合肥230026 中国科学院行星科学重点实验室南京210023 中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049 中国科学院光电技术研究所成都610209 自适应光学全国重点实验室成都610209 中国科学院微小卫星创新研究院上海201306

近邻宜居行星巡天计划(Closeby Habitable Exoplanet Survey,CHES)采用空间微角秒级别的高精度天体测量技术,普查太阳系近邻(10 pc内)约100颗FGK等类型恒星,探测宜居带类地行星或超级地球;详细普查宜居行星的数目、真实质量和三维轨道... 详细信息

近邻宜居行星巡天计划(Closeby Habitable Exoplanet Survey,CHES)采用空间微角秒级别的高精度天体测量技术,普查太阳系近邻(10 pc内)约100颗FGK等类型恒星,探测宜居带类地行星或超级地球;详细普查宜居行星的数目、真实质量和三维轨道等信息,这将是国际上首次近邻宜居带类地行星的空间探测任务.CHES的有效载荷是一台口径为1.2 m,视场为0.44°×0.44°,焦距为36 m的高像质、低畸变、高稳定光学望远镜,采用同轴三反TMA光学成像系统.为实现宜居带类地行星探测,CHES任务中的测量精度为1μas,是目前国际测量精度最高的空间探测项目.在空间科学先导专项背景型号项目的支持下,CHES团队深入凝练和论证科学目标,成功突破了三项关键技术难题:实现了畸变大视场高像质空间望远镜光学系统技术的重要突破;突破了10–5 pixel级别星间距测量技术;实现了卫星系统高稳定度姿态控制精度及热控精度的创新.CHES预计发现50颗类地行星,引领中国空间科学探测技术的跨越式发展.

关键词：高精度天体测量法系外行星近邻宜居行星

远距离高精度激光调频连续波测量技术研究进展

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激光与光电子学进展 2024年

作者：阳宇龙明亮丁洁卢智勇张海峰贺红雨吴宸光张忠萍白振旭河北工业大学先进激光技术研究中心中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室中国科学院上海光学精密机械研究所上海大学理学院中国科学院上海天文台

调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）激光测量具有精度高，范围大，灵敏度好，抗干扰能力强等优点，可实现高动态目标的非接触测量，在大尺度精密测量，加工和制造领域有重要价值，成为激光精密测量和绝对测量领域... 详细信息

调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）激光测量具有精度高，范围大，灵敏度好，抗干扰能力强等优点，可实现高动态目标的非接触测量，在大尺度精密测量，加工和制造领域有重要价值，成为激光精密测量和绝对测量领域的热点。本文介绍了激光FMCW测量原理，分析了现阶段远距离测量的应用需求，梳理了国内外在激光FMCW测量技术的关键要点，并基于高灵敏度相干探测等技术搭建了激光FMCW测量系统，实现了对10 km处漫反射目标米级测距，对我国未来远距离高精度激光FMCW测量具有重要参考意义。

关键词：激光测距调频连续波相干探测远距离高精度测量

基于光学技术的新一代全球导航定位定时系统架构

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中国激光 2024年第11期51卷 315-324页

作者：杨飞陈迪俊韩申生蔡海文陈卫标中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部中国科学院空间激光信息传输与探测技术重点实验室上海201800

全球导航卫星系统(GNSS)已经深入现代信息化智能化社会的方方面面,发挥了巨大作用。充分发挥光频参考、自由空间激光链路等光学技术优势有助于解决其进一步发展所面临的地面依赖、精度提升等问题。美国、德国、中国分别提出了基于光链... 详细信息

全球导航卫星系统(GNSS)已经深入现代信息化智能化社会的方方面面,发挥了巨大作用。充分发挥光频参考、自由空间激光链路等光学技术优势有助于解决其进一步发展所面临的地面依赖、精度提升等问题。美国、德国、中国分别提出了基于光链路的时空参考(O-STR)、第三代全球导航定位系统(Kepler)、基于光学技术的新一代全球导航定位定时系统(O-GNSS)等概念。对基于光学技术的新一代全球导航定位定时系统的总体设计、关键技术等进行分析,综述了主要的研究进展,为推动我国时空基准和导航定位定时方面的技术发展提供参考。

关键词：遥感全球导航定位定时光频参考空间激光链路

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天语计划——寻找第二个太阳系及探索动态宇宙

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天文学报 2024年第4期65卷 1-43页

作者：冯发波芮易成杜芝茂林清张聪聪周丹崔开明 OGIHARA Masahiro 杨明林杰蔡永志杨涛只庞晓莹简明杰李文雄郭恒潇史弦史建春李荐扬郭康柔姚嵩陈啊明贾鹏谭先瑜 JENKINS S.James 蒋宏轩张铭缘李可欣肖光耀郑书玥宣一帆郑捷何敏 JONES R.A.Hugh 宋翠英上海交通大学李政道研究所上海201210 上海交通大学物理与天文学院上海200240 上海天文馆(上海科技馆分馆) 上海200127 中国科学院上海天文台上海200030 同济大学测绘与地理信息学院上海200092 中国科学院星系宇宙学重点实验室(中国科学技术大学) 合肥230026 中国科学技术大学天文与空间科学学院合肥230026 中国科学院云南天文台昆明650216 中国科学院天体结构与演化重点实验室昆明650216 国际超新星中心-云南省国际超新星研究重点实验室昆明650216 西安交通大学物理学院西安710049 西交利物浦大学物理系苏州215123 上海师范大学上海市星系与宇宙学半解析研究重点实验室上海200234 Department of Astronomy Stockholm University Stockholm11421 中国科学院国家天文台北京100101 中山大学大气科学学院珠海519082 太原理工大学电子信息与光学工程学院太原030024 Instituto de Estudios Astrofısicos Facultad de Ingenierıa y CienciasUniversidad Diego Portales Santiago8170641 Centro de Astrof´ısica y Tecnologıas Afines(CATA)Santiago 8480000 山东大学空间与物理学院山东省光学天文与日地空间环境重点实验室威海264209 中国科学院国家天文台中国科学院天文光学技术重点实验室北京100101 Centre for Astrophysics Research University of Hertfordshire HertfordshireAL109AB 清华大学天体物理研究中心北京100084

关键词：技术:测光行星与卫星:探测行星与卫星:形成恒星:超新星:普通恒星:变星:普通小行星:普通恒星:伽马射线暴:普通