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透视地球——新一代对地观测技术

遥感学报 2024年第3期28卷 529-540页

作者：周翔潘洁吴一戎中国科学院空天信息创新研究院北京100094

地球系统的观测正从看清地球的样貌深入拓展到探测、分析、认知地球圈层的内在。基于天基、空基、陆基等观测平台,利用电磁、微波、激光和重力等穿透性、多维度、高密度的新型透视遥感探测前沿技术,“透视地球”对大气圈、水圈、生物圈... 详细信息

地球系统的观测正从看清地球的样貌深入拓展到探测、分析、认知地球圈层的内在。基于天基、空基、陆基等观测平台,利用电磁、微波、激光和重力等穿透性、多维度、高密度的新型透视遥感探测前沿技术,“透视地球”对大气圈、水圈、生物圈、岩石圈等地球空间物理要素、内部结构及其演变过程进行精细、综合探测,获取地球各圈层更“精确”、更“深层”的信息,成为新一代对地观测技术发展的积极探索和重要方向。本文阐述了透视地球的概念和内涵,依据“透视方法—载荷集成—探测试验—参数反演—效能验证”的设计思路,提出透视地球原型系统的构建方案。通过多谱段耦合、多物理量融合,提升空基跨平台协同探测能力,改进遥感观测的信息维度、尺度和密度,以透视视角拓展人类对各圈层的认知边界,推动地球系统重大科学问题的突破,提升人类进行资源开发与利用、预测应对极端天气事件及环境变化的能力。

关键词：透视地球遥感对地观测大气森林固体地球海洋

电子温度各向异性对螺旋波m=1角向模功率沉积特性的影响

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物理学报 2024年第7期73卷 262-270页

作者：李文秋唐彦娜刘雅琳王刚中国科学院空天信息创新研究院北京100190 中国科学院大学北京100049

采用一般的径向密度非均匀分布假设,借助温等离子体介电张量模型,利用磁化等离子体中电磁波的一般色散关系,在高密度峰值、低磁场、低气压典型参量条件下,重点分析了电子温度各向异性对螺旋波m=1角向模功率沉积特性的影响.研究结果表明... 详细信息

采用一般的径向密度非均匀分布假设,借助温等离子体介电张量模型,利用磁化等离子体中电磁波的一般色散关系,在高密度峰值、低磁场、低气压典型参量条件下,重点分析了电子温度各向异性对螺旋波m=1角向模功率沉积特性的影响.研究结果表明:在典型螺旋波等离子体电子温度范围(3,8)e V内,电子有限拉莫尔半径效应应当予以考虑,而离子有限拉莫尔半径效应可以忽略.低磁场条件下|n|>1次回旋谐波对介电张量元素的贡献可以忽略.碰撞阻尼在功率沉积中占据主导地位,功率沉积在偏离等离子体柱中心轴的某一径向位置出现峰值,随着轴向电子温度T_(e,z)的增大,功率沉积强度逐渐增强.相比等离子体温度各向同性情形,等离子体温度各向异性显著改变了螺旋波m=1角向模的功率沉积特性,电子温度各向异性因子χ=T_(e,⊥)/T_(e,z)的增大或减小均导致功率沉积强度发生剧烈改变.

关键词：螺旋波等离子体各向异性传播特性功率沉积

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基于低频外差干涉的光纤环形器重合度检测

物理学报 2024年第8期73卷 138-147页

作者：戴玉张文喜孔新新沈杨翊徐豪张晓强中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学光电学院北京101400

光纤点衍射环形器是激光相干多普勒测振系统中光纤光路和空间光光路耦合的关键器件,其耦合效率等性能参数对测振系统测量准确度和测量距离的提升具有重要意义.常规环形器重合度检测采用能量监测法和远场重合度监测法,不能对光纤失配因... 详细信息

光纤点衍射环形器是激光相干多普勒测振系统中光纤光路和空间光光路耦合的关键器件,其耦合效率等性能参数对测振系统测量准确度和测量距离的提升具有重要意义.常规环形器重合度检测采用能量监测法和远场重合度监测法,不能对光纤失配因素进行定量分析,环形器耦合效率的一致性无法保障.针对上述问题,提出了一种基于低频外差干涉的相位检测技术,利用干涉相位信息进行光纤相对姿态解算,可有效解决光纤环形器重合度定量检测的问题.对不同光纤相对姿态形成的干涉波前进行了仿真分析和实验验证,给出了光纤相对横向位移、纵向位移和光轴偏离角度与干涉相位PV(peak-to-valley)值、Zernike系数和环形器耦合效率间的规律,实现了干涉相位到光纤失配因素的分离解算,解算结果可指导光纤相对姿态的调整.最后通过实验验证了该技术的可行性,结果表明该技术对于光纤横向位移的检测精度优于1μm,为提升光纤环形器重合度提供了新的检测途径.

关键词：光纤失配对准误差外差干涉测量耦合效率

基于改进型遥感生态指数的生态系统服务价值评估方法

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地球信息科学学报 2024年第7期26卷 1763-1778页

作者：魏之首关燕宁蔡丹路张春燕姚武韬廖周伟邓锐钱佳琪夏亦寒郭杉中国科学院空天信息创新研究院北京100101 中国科学院大学北京100049

本文通过构建遥感生态指数(RSEI)与动态栖息地指数相结合的改进型遥感生态指数(DRSEI)作为时空动态调节因子,对国家公园这种具有丰富物种的自然生态系统服务价值评估方法进行了改进。改进型遥感生态指数(DRSEI)作为时空动态调节因子的... 详细信息

本文通过构建遥感生态指数(RSEI)与动态栖息地指数相结合的改进型遥感生态指数(DRSEI)作为时空动态调节因子,对国家公园这种具有丰富物种的自然生态系统服务价值评估方法进行了改进。改进型遥感生态指数(DRSEI)作为时空动态调节因子的方法与应用遥感生态指数、净初级生产力指数(NPP)作为时空动态调节因子的方法进行比较分析表明:引入能够表达生态系统生物多样性时空变化特征的动态栖息地指数构建改进型遥感生态指数,由于该指数的空间信息特征更加丰富,且考虑到了区域的生物多样性因子,改进型遥感生态指数(DRSEI)作为时空动态调节因子的生态系统服务价值评估方法可以更加全面客观地反映区域生态系统的结构、功能与过程的时空分异,准确评估生态系统服务时空动态价值,为国家公园生态系统服务价值评估提供了新视角。利用该方法定量评估和分析了武夷山国家公园2017—2021年生态系统服务价值的时空变化状况,2017—2021年武夷山国家公园生态系统服务价值总体呈上升的趋势,呈现较为适当的生态环境保护与资源开发利用状况。

关键词：生态系统服务价值改进型遥感生态指数时空动态调节因子遥感动态栖息地指数武夷山国家公园

基于AHP-EWM多目标决策模型的北京应急避难场所承载力评价

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遥感学报 2024年第9期28卷 2276-2292页

作者：尤笛王世新王福涛闫珺王振庆刘文亮朱金峰王丽涛侯艳芳中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学北京100049

应急避难场所可以在灾害发生后供居民紧急避难、救援和疏散,是国家公共安全和应急管理的重要组成部分。评价应急避难场所的承载力,对于推进韧性城市建设、促进城市可持续发展具有重要意义。北京市是世界上仅有的3个位于设防烈度为Ⅷ度... 详细信息

应急避难场所可以在灾害发生后供居民紧急避难、救援和疏散,是国家公共安全和应急管理的重要组成部分。评价应急避难场所的承载力,对于推进韧性城市建设、促进城市可持续发展具有重要意义。北京市是世界上仅有的3个位于设防烈度为Ⅷ度区域的首都之一,也是中国最早建设应急避难场所的城市,在应急避难方面具有典型性和代表性。本文采用遥感影像、POI等多源数据,构建基于AHP-EWM多目标决策的城市应急避难场所承载力评价模型,并以人口分布比较集中的北京市五环内为例进行分析评价和情景模拟。首先,从安全性、可达性、有效性和保障性4个方面构建应急避难场所承载力评价指标体系;其次,采用层次分析法(AHP)、熵权法(EWM)主客观赋权,并用最大离差平方和理论求解权重系数;然后,构建多目标决策评价模型,对应急避难场所承载力进行评价;最后,考虑灾害发生后的复杂性,对不同避难情景下的承载力进行模拟分析。结果表明,北京五环内的应急避难场所承载力整体较好,但二—三环承载力为优的区域占地面积为0,存在环域间的不均衡性。本研究可为城市应急避难场所承载力评价提供定性和定量的依据,也可为应急避难场所的规划布局和资源高效配置提供决策支持。

关键词：遥感应急避难场所层析分析法(AHP) 熵权法(EWM) 组合赋权承载力评价多目标决策法情景模拟北京

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国产高可靠高功率纳秒绿光激光器的新进展

科学通报 2024年第11期69卷 1399-1400页

作者：樊仲维刘昊邱基斯陈艳中王昊成王天齐刘悦亮孙凯华中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学北京101408

空间碎片已对航天事业甚至国家安全构成极大威胁[1,2].激光探测技术是空间碎片精密测量最直接有效的手段,探测原理遵循雷达方程,因而对于特定的激光测距系统,望远镜口径、光学传输效率、探测器效率等已基本固定,提高激光器性能成为提升... 详细信息

空间碎片已对航天事业甚至国家安全构成极大威胁[1,2].激光探测技术是空间碎片精密测量最直接有效的手段,探测原理遵循雷达方程,因而对于特定的激光测距系统,望远镜口径、光学传输效率、探测器效率等已基本固定,提高激光器性能成为提升探测成功率的最根本途径.高功率纳秒激光器作为空间碎片探测系统的核心光源,激光重复频率和峰值能量密度决定了探测距离和精度,尺寸影响系统集成化程度.

关键词：激光探测技术雷达方程绿光激光器重复频率探测距离光学传输激光测距系统空间碎片

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干涉仪仪器传递函数噪声容限分析与优化

光学精密工程 2024年第11期32卷 1653-1666页

作者：樊耀轩张文喜伍洲杨帅覃日康中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学光电学院北京100049

在高精度平面干涉仪系统评价标准中,仪器传递函数(Instrument Transfer Function,ITF)已经逐渐成为干涉仪性能的重要评价指标,它准确地反映了光学系统对于测量形貌不同空间频率的分辨能力。然而,ITF测试过程中的实验环境要求较为严格,... 详细信息

在高精度平面干涉仪系统评价标准中,仪器传递函数(Instrument Transfer Function,ITF)已经逐渐成为干涉仪性能的重要评价指标,它准确地反映了光学系统对于测量形貌不同空间频率的分辨能力。然而,ITF测试过程中的实验环境要求较为严格,干涉仪系统噪声会导致测试结果产生较大失真。为了能够准确表征干涉仪系统的性能,通过仿真分析与实际实验结合的方式,将仿真干涉图引入不同量级的高斯随机噪声,探究了噪声对于ITF测试结果的影响,提出测试误差的评价指标ITF_(RMS)值,分析了干涉仪系统的噪声容限,依据评价指标提出了几种不同的ITF测试优化方法,并搭建实验系统进行分析验证。实验结果表明,在未优化的ITF测试流程中,所搭建的干涉仪系统ITF测试的ITF_(RMS)值为0.1112,而优化后同样噪声量级的干涉仪系统所得ITF_(RMS)值则分别降至0.0693,0.0367,0.0579。此结果证明了优化方案的可行性,该方案能有效抑制干涉仪系统ITF测试过程中的噪声干扰影响。

关键词：干涉测量斐索干涉仪仪器传递函数噪声容限

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外差波前检测仪检测精度影响分析

光学学报 2024年第14期44卷 154-161页

作者：戴玉张文喜孔新新赵思泽鹏徐豪邓哲涛中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学光电学院北京101400

外差波前检测仪主要用于检测空间光与光纤耦合的环形器耦合效率以及装调过程,其具有检测精度高、环境适应性好等优点。基于其检测原理,分析声光移频器固定频率偏差、声光移频器随机频率偏差、探测器固定帧频偏差和探测器散粒噪声对检测... 详细信息

外差波前检测仪主要用于检测空间光与光纤耦合的环形器耦合效率以及装调过程,其具有检测精度高、环境适应性好等优点。基于其检测原理,分析声光移频器固定频率偏差、声光移频器随机频率偏差、探测器固定帧频偏差和探测器散粒噪声对检测精度的影响,单一因素引起的检测波前PV(Peak to valley)值变化在10-3λ量级。实验验证了仿真分析的有效性,系统的综合精密度优于0.01λ。研究结果为研制外差波前检测仪提供理论支撑。

关键词：测量外差干涉测量光纤失配频差偏差帧频偏差波前检测

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系留气球结构参数对稳态响应的影响研究

空天技术 2024年第3期2024卷 103-112页

作者：庞策王谦杨纯祎姜毅何泽青中国科学院空天信息创新研究院中国科学院大学

针对系留气球系统结构参数对系留气球稳态响应影响的研究不足，本研究应用CFD方法计算出外部稳定流场作用于系留气球体心的稳态气动力系数，采用“弹簧-质点”模型对缆绳进行数学建模，建立了系留气球系统稳态平衡方程，并给出求解方法... 详细信息

针对系留气球系统结构参数对系留气球稳态响应影响的研究不足，本研究应用CFD方法计算出外部稳定流场作用于系留气球体心的稳态气动力系数，采用“弹簧-质点”模型对缆绳进行数学建模，建立了系留气球系统稳态平衡方程，并给出求解方法以及通过实验验证了其正确性，分析了载荷重心位置、球体初始俯仰角以及主系点位置等参数对系留气球稳态响应的影响规律。得出系留气球在风场中理想的稳态响应为俯仰角随着风速增大而不变或略微减小，并对此提出新的球体气动特性优化设计要求：在保证气动力系数尽可能小的前提下，通过优化球体形状使得升阻比增大、俯仰力矩系数减小。

关键词：系留气球稳态响应迎风低头载荷重心数值仿真