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基于FY-3D电离层光度计数据开展夜间135.6nm辉光辐射强度对赤道环电流指数Dst的响应特性研究

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地球物理学报 2024年第7期67卷 2496-2505页

作者：江芳毛田付利平王劲松胡秀清贾楠王天放李叶飞中国科学院国家空间科学中心空间环境探测研究室北京100090 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100090 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100090 国家卫星气象中心北京100081 中国科学院大学北京100049 上海卫星工程研究所上海200240

远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM于2017年11月15日随FY-3D卫星发射升空.IPM通过对地测量夜间O+和电子辐射复合产生的135.6 nm辉光辐射、白天光电子激发产生的OI 135.6 nm和N2LBH波段的辉光辐射,可以得到夜间电离层峰值电子密度、... 详细信息

远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM于2017年11月15日随FY-3D卫星发射升空.IPM通过对地测量夜间O+和电子辐射复合产生的135.6 nm辉光辐射、白天光电子激发产生的OI 135.6 nm和N2LBH波段的辉光辐射,可以得到夜间电离层峰值电子密度、电子总含量以及白天大气氧原子和氮分子的柱密度比O/N2等参数.本文基于IPM夜侧数据研究了在非极光区的中低纬度上,135.6 nm波段辐射强度在磁暴时与磁平静时的相对变化.研究表明,135.6 nm波段辐射强度极易受到磁暴影响发生扰动,对Dst指数响应十分敏感,即使是较弱的磁暴,135.6 nm波段辐射强度也会出现增强,辐射增强出现的时间与磁暴的主相与恢复相有很好的对应性;通过与IGS(International GNSS Service)提供的TEC比对研究表明,磁暴期间135.6 nm辐射增强并非仅由与电离层电子密度信息正相关的O+和电子辐射复合机制产生的辐射贡献引起;多个不同强度的磁暴事件研究表明,135.6 nm辐射强度在磁暴时相对平静时的增加量与Dst指数呈反比,即Dst指数越低,135.6 nm辐射强度的增加量越大,且纬度越高,135.6 nm辐射强度的增加量越大.

关键词： Dst指数 135.6 nm气辉辐射强度峰值电子密度电子总含量

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静电悬浮下铌异质形核及枝晶生长

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第4期34卷 1333-1346页

作者：王艳秋郑福陆潇晓孙志斌中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京101499

采用无容器静电悬浮实验技术,对纯度99.7%和99.95%铌材料的过冷程度和形核凝固机制进行了系统研究。通过经典形核理论分析测量和计算得到材料样品在形核和凝固过程的热物理参数和热动力学参数。实验结果统计分析表明:铌样品的最大过冷度... 详细信息

采用无容器静电悬浮实验技术,对纯度99.7%和99.95%铌材料的过冷程度和形核凝固机制进行了系统研究。通过经典形核理论分析测量和计算得到材料样品在形核和凝固过程的热物理参数和热动力学参数。实验结果统计分析表明:铌样品的最大过冷度为455.7 K,临界过冷度约为739 K。系统分析并计算得到铌样品最大概率形核过冷度、指前系数、成核活化能、固液界面自由能和关键晶核尺寸。样品的枝晶生长速度与过冷度呈幂函数关系,在过冷度454 K时,枝晶生长速度达到42.1 m/s。考虑非等温条件下界面能的各向异性对自由枝晶生长的影响,理论预测结果与实验获得实验结果一致。

关键词：液态铌异质形核枝晶生长形核凝固机制无容器静电悬浮

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一种基于硅传感器的空间中子探测器设计

北京大学学报（自然科学版） 2024年第4期60卷 657-664页

作者：杨哲沈国红张斌全张珅毅常远荆涛权子达侯东辉孙莹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 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100190 上海卫星工程研究所上海200240

针对空间站轨道复杂的中子辐射环境,设计一种中子探测器,采用硅层叠结构,利用核反冲法及核反应法进行中子的间接探测,获取空间站轨道中子辐射的能谱信息。该中子探测器的探测范围指标为0.025 eV~10MeV,搭载于天宫空间站梦天实验舱的空... 详细信息

针对空间站轨道复杂的中子辐射环境,设计一种中子探测器,采用硅层叠结构,利用核反冲法及核反应法进行中子的间接探测,获取空间站轨道中子辐射的能谱信息。该中子探测器的探测范围指标为0.025 eV~10MeV,搭载于天宫空间站梦天实验舱的空间辐射生物学暴露实验装置上,用于监测空间站低地球轨道的中子辐射环境,获取在轨探测数据,可为研究空间中子对生物体造成辐射效应的作用机理提供重要依据,也可为研究次级粒子对航天器电子元件造成的单粒子效应提供必要的空间环境参数。

关键词：空间中子探测器空间中子辐射环境硅传感器中子能谱测量天宫空间站梦天实验舱

FY3D/GNOS大气掩星探测温度与TIMED/SABER探测温度和NRLMSISE00模式温度的比较

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空间科学学报 2024年第3期44卷 474-487页

作者：刘红珊徐寄遥白伟华何杰颖孙龙昌朱亚军袁韦高红中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室北京100190 中国科学院国家空间科学中心天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190 中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术重点研究室北京100190 中国科学院大学北京100049

大气温度数据的精确探测对于研究中高层大气的结构特征和动力学过程具有重要意义.利用2019年1月至2021年12月共3年的FY3D掩星观测数据,借助TIMED/SABER探测数据和NRLMSISE00大气模式数据,对12~100 km范围内的大气温度数据进行比较.统计... 详细信息

大气温度数据的精确探测对于研究中高层大气的结构特征和动力学过程具有重要意义.利用2019年1月至2021年12月共3年的FY3D掩星观测数据,借助TIMED/SABER探测数据和NRLMSISE00大气模式数据,对12~100 km范围内的大气温度数据进行比较.统计分析SABER-FY3D温度偏差(TSABER–TFY3D)和NRLMSISE00-FY3D温度偏差(TNRLMSISE00–TFY3D)及其随纬度、季节的分布和南北半球的差异.结果显示,三种温度数据随高度变化趋势是大体一致的,SABER-FY3D温度偏差在12~30 km高度范围内为正偏差(0~1.8K),随高度升高,温度偏差从30 km处的0 K增加到77 km处的-11.6 ***00-FY3D温度偏差在平流层为正偏差(0~4.4 K),在中间层和低热层为负偏差(-2~0 K).两种温度偏差随纬度和季节都存在明显的变化特征.60 km以下,SABER-FY3D温度偏差在低纬地区较小(-3.8~1.8 K),高纬地区较大(-12~1.6 K),夏季较小(-0.5~2.2 K),冬季较大(-6.2~1 K);NRLMSISE00-FY3D温度偏差正好相反,在高纬地区较小(-1.6~2.4K),低纬地区较大(-3.9~6.1 K),冬季较小(-2~2.2 K),夏季较大(-1.3~7.1 K).两类月平均温度偏差的零偏差线所在高度在南北半球均存在春夏季节较高,秋冬季节较低的特征.冬季40~60 km高度区域内,北半球的SABER-FY3D平均温度负偏差比南半球的明显.

关键词： FY3D大气掩星温度温度偏差季节变化纬度变化

中间层臭氧的夜间变化特征及与太阳活动的相关性

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空间科学学报 2024年第2期44卷 262-269页

作者：柳丹吴止境杨钧烽程旋王建美张依鸣胡雄中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室北京100190 中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室北京100190 中国东方红卫星股份有限公司北京100094

基于ENVISAT-1/GOMOS(Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars)和TIMED/SABER(Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry)卫星的臭氧廓线数据结合模式HAMMONIA(Hamburg Model of the Neutral and Ionized Atmosphere)对热带低纬度地区(20°S-20°N)中间层(60~110 km高度)夜间(20:00 LT-24:00 LT)臭氧的分布进行统计,分析其与27天太阳周期的相关性.观测与模式均表明中间层夜间臭氧在95 km达到峰值,并在中间层上层存在半年振荡.通过与相同时间段内的太阳辐射强迫Lyman-α数据对比发现,中间层上层臭氧与太阳强迫作用可能是反相关,中间层下层臭氧与太阳强迫作用可能呈正相关.虽然观测结果与模型结果在臭氧随月份的时间和空间分布上有一定的相同特征,但在臭氧峰值的数值上发现有较大的差异,其中臭氧敏感性的振幅被模型低估.

关键词：中间层臭氧夜间变化太阳活动

巴罗型变质作用的地质特征及其构造启示:以苏格兰高地和喜马拉雅造山带为例

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岩石学报 2024年第5期40卷 1587-1602页

作者：纪敏高晓英涂聪陈宣锦窦玉欣肖萌中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 中国科学院壳幔物质与环境重点实验室中国科学院比较行星学卓越创新中心合肥230026

巴罗型变质带是汇聚板块边缘富铝泥质岩在中等地温梯度下变质作用的产物,广泛分布于全球各造山带。虽然不同地区的巴罗型变质带具有相似的矿物组合和变质温压条件,但在特征矿物变质带的空间分布上却存在显著差别。苏格兰高地出露了典型... 详细信息

巴罗型变质带是汇聚板块边缘富铝泥质岩在中等地温梯度下变质作用的产物,广泛分布于全球各造山带。虽然不同地区的巴罗型变质带具有相似的矿物组合和变质温压条件,但在特征矿物变质带的空间分布上却存在显著差别。苏格兰高地出露了典型的巴罗型变质带,而喜马拉雅造山带则出露了反转的巴罗型变质带。这两类巴罗型变质带记录了不同的变质和构造演化过程,是对比研究碰撞造山带温压结构和动力体制的时空演化及其地球动力学机制的天然实验室。本文以苏格兰高地和喜马拉雅造山带为例,比较了典型的巴罗型变质带和反转的巴罗型变质带的岩石学与年代学特征,并探讨了它们的形成机制。这两个地区的研究各具特色:苏格兰高地的研究主要聚焦于加热机制,强调软流圈地幔及其派生岩浆等外部热源对巴罗型变质带形成的关键作用;而喜马拉雅造山带的研究则主要关注构造过程,强调逆冲断层的顺序式活动对反转的巴罗型变质带形成的控制作用。进一步,本文将研究视角从巴罗型变质带拓展至巴罗型变质作用,综合考察其加热机制和构造背景,并探讨这对碰撞造山和地壳再造过程研究的启示。

关键词：汇聚板块边缘巴罗型变质作用加热机制构造背景苏格兰高地喜马拉雅造山带

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毫米波大气臭氧探测辐射计系统设计

空间科学学报 2024年第2期44卷 318-325页

作者：班磊何杰颖张升伟中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

平流层臭氧浓度对于地球气候变化和生态环境有着重要影响.具有谱分析能力的高光谱毫米波辐射计是一种用来探测大气痕量气体的被动式微波遥感器,能够有效探测大气臭氧垂直廓线,在空间地球科学领域中具有十分重要的应用价值.本文研制了一... 详细信息

平流层臭氧浓度对于地球气候变化和生态环境有着重要影响.具有谱分析能力的高光谱毫米波辐射计是一种用来探测大气痕量气体的被动式微波遥感器,能够有效探测大气臭氧垂直廓线,在空间地球科学领域中具有十分重要的应用价值.本文研制了一种探测平流层大气臭氧吸收谱线的新型高光谱毫米波臭氧辐射计系统,该系统结构包括射频接收机和数字后端谱分析仪.射频接收机部分采用超外差结构获取142.175 GHz±100 MHz带宽信号,数字后端谱分析部分采用高性能模数转换器对输入模拟信号进行5×108 sample·s^(–1)采样,14 bit量化,输入信号3 dB带宽200 MHz,通过高性能现场可编程门阵列(FPGA)获取信号功率谱,实现了探测通道数16384,谱分辨率12.2 kHz.根据辐射计系统关键模块的设计方案、器件选型和测试方法,开展大气探测实验,并将实验结果与大气辐射传输模拟软件(ARTS)仿真结果进行对比,得出系统灵敏度及各项指标可以满足大气臭氧反演需求,验证了系统设计的正确性,满足平流层臭氧浓度监测、预警及其导致的气候变化研究的应用需求.

关键词：臭氧毫米波辐射计射频接收机 FPGA

基于调制码元多普勒测量的相干光通信测速方法研究

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 222-228页

作者：张权徐轻尘胡雄吴小成杨钧烽中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100190 空间天气学国家重点实验室北京100190 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100190

高精度的星间测速技术是实现卫星激光通信测量一体化和自主导航的关键技术之一。提出了一种基于调制码元多普勒测量的星间相干光通信链路的测速方法,采用单程单向的方式,在接收端利用码元符号同步和判决相位及符号信息,去除基带采样数... 详细信息

高精度的星间测速技术是实现卫星激光通信测量一体化和自主导航的关键技术之一。提出了一种基于调制码元多普勒测量的星间相干光通信链路的测速方法,采用单程单向的方式,在接收端利用码元符号同步和判决相位及符号信息,去除基带采样数据中的相位调制信息,获取相位连续的码元多普勒信号,可在完成星间通信的同时,实现对卫星相对运动速度的实时高精度测量。仿真结果验证了该方法可在通信速率为1 Gbit/s、误码率(BER)为10^(-9)情况下,实现0~11.625 km/s的相对速度测量,速度测量不确定度优于10.00 mm/s。

关键词：光通信卫星测速调制码元多普勒频移

轻量级SpaceFibre节点高速传输系统的优化设计

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国防科技大学学报 2024年第2期46卷 104-114页

作者：郑静雅安军社中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

为满足卫星有效载荷间SpaceFibre链路的高带宽、高可靠性和轻量化的应用需求,提出一种SpaceFibre节点传输系统的优化设计。该设计采用基于帧累计的增量化计算方法减少了计算电路的冗余;通过四级流水架构满足了错误检测操作的时序要求,... 详细信息

为满足卫星有效载荷间SpaceFibre链路的高带宽、高可靠性和轻量化的应用需求,提出一种SpaceFibre节点传输系统的优化设计。该设计采用基于帧累计的增量化计算方法减少了计算电路的冗余;通过四级流水架构满足了错误检测操作的时序要求,使用循环冗余校验共享机制平衡了硬件资源的使用;采取基于完整应答的双层控制策略提升了系统的可靠性,通过构建面向资源优化的控制状态机和存储架构简化了确认重传算法的实现逻辑。使用型号为XC7Z100FFG900-2的FPGA搭建双节点系统,板级验证表明:该设计满足协议规范,与同类设计方案相比,最高工作频率提高1.5倍,支持最高6.25 Gbit/s的传输速率,查找表资源和存储资源降低,寄存器资源相近,为开发具有自主知识产权的高速可靠SpaceFibre编解码器提供了参考。

关键词：超高速SpaceFibre 现场可编程门阵列性能优化错误恢复服务质量