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陆地观测卫星遥感产品真实性检验场网建设的思考与实践

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遥感学报 2024年第4期28卷 805-824页

作者：马灵玲周翔王宁陶醉赵永光朱小华高彩霞杨健高海亮杨宏肖青李强子吕婷婷张风丽臧文乾中国科学院空天信息创新研究院北京100094

遥感产品真实性检验作为衔接遥感数据产品与应用服务的重要过程,是遥感数据产品高质量应用的必要保证。多年来,国内外建设了不少面向陆地遥感产品的真实性检验站点,但由于陆表过程和观测目标的高度复杂性、遥感卫星载荷产品的多样性、... 详细信息

遥感产品真实性检验作为衔接遥感数据产品与应用服务的重要过程,是遥感数据产品高质量应用的必要保证。多年来,国内外建设了不少面向陆地遥感产品的真实性检验站点,但由于陆表过程和观测目标的高度复杂性、遥感卫星载荷产品的多样性、陆地遥感产品演变的动态性,在典型特性表征—要素测量—样本优化—弹性服务全过程中的理论运用与技术实现仍显不足,规模化基础设施有待进一步发挥可持续运行的服务价值。本文分析了真实性检验地面观测场网、地面参考真值获取技术、遥感产品综合检验服务的国内外现状与发展趋势,进而从理论方法体系化着手,提出在地统计学的空间变异理论、计量学的不确定性理论、运筹学的最优化理论等基础之上,研究真实性检验场网空间代表性表征、测量基准不确定性度量及传递、多途径检验结果综合定权合成、样本集与待检产品的最优匹配等方法,发展形成陆地观测卫星真实性检验场网方法体系框架。对标国家空间基础设施重大工程建设和关键共性产品的应用需求,综合考虑整体布局、产品覆盖完备性、时空基准一致性和可追溯性等因素,统筹建设完善真实性检验站网、航空协同真实性检验系统、基准参考构建及传递系统以及高精度检验服务系统,形成符合中国实际的陆地观测卫星遥感产品真实性检验技术方案。文章对于完善真实性检验场网理论方法体系,“用足”、“用好”国产陆地观测卫星遥感数据,提升定量化应用水平具有重要意义。

关键词：陆地观测卫星遥感产品真实性检验基准参考测量服务系统理论方法体系

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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

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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

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基于太阳导行镜测量的高精度姿态确定算法

系统工程与电子技术 2024年第1期46卷 245-253页

作者：陈炳龙王磊刘帮周衡中国科学院微小卫星创新研究院上海201306

先进天基太阳天文台卫星(advanced space-based solar observatory satellite,ASO-S)的主要任务是对日观测,对卫星姿态确定精度提出了较高的要求。为此,提出了一种新的姿态确定算法使用ASO-S科学载荷太阳导行镜(Sun guide telescope,SGT... 详细信息

先进天基太阳天文台卫星(advanced space-based solar observatory satellite,ASO-S)的主要任务是对日观测,对卫星姿态确定精度提出了较高的要求。为此,提出了一种新的姿态确定算法使用ASO-S科学载荷太阳导行镜(Sun guide telescope,SGT)测量卫星指向与太阳中心的偏差角,以及对光纤陀螺(fiber optic gyro,FOG)和星敏感器(star trackor,STR)测量值进行姿态确定。将卫星本体系姿态四元数矢部和FOG常值零位漂移作为状态变量,STR和SGT观测值作为测量变量,设计扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter,EKF)。通过数学仿真验证本文所设计姿态确定算法的正确性与稳定性。最后,利用ASO-S在轨遥测数据进行验证,基于SGT测量的姿态确定算法可显著提高卫星非对日方向的姿态角估计精度,可优于0.2″(3σ)。

关键词：对日观测姿态确定太阳导行镜扩展卡尔曼滤波器

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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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旋转超导转子的氦气阻尼特性

物理学报 2024年第8期73卷 329-340页

作者：张源胡新宁崔春艳崔旭牛飞飞王路忠王秋良中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院赣江创新研究院赣州341119

超导转子磁悬浮装置可制作角速度传感器,超导转子的高速驱动是实现超导转子磁悬浮装置高精度的基础.超导转子的热损耗和径向质量偏心会使超导转子在驱动过程中热失超和共振,所以在超导转子的驱动过程中,超导球腔中需要保持定量的氦气,... 详细信息

超导转子磁悬浮装置可制作角速度传感器,超导转子的高速驱动是实现超导转子磁悬浮装置高精度的基础.超导转子的热损耗和径向质量偏心会使超导转子在驱动过程中热失超和共振,所以在超导转子的驱动过程中,超导球腔中需要保持定量的氦气,以此传递超导转子的产热和抑制超导转子的共振.但氦气同时会对超导转子产生阻力,影响超导转子的驱动过程.基于此开展了超导转子在氦气中的阻力矩研究,首先引入范德瓦耳斯方程分析了低温氦气的性质,提出了一种低温氦气对超导转子阻力矩的研究方法,并进行实验验证.然后基于有限元方法分析了超导转子旋转驱动的电磁结构和电磁力矩,并研究了氦气对超导转子加速过程的影响,包括临界驱动速度、超导转子的加速时间和氦气对超导转子的摩擦热等.研究结果提供了一种低温气体对旋转超导体阻力矩的研究方法,为进一步优化超导转子的驱动过程提供参考.

关键词：超导磁悬浮超导转子氦气阻力矩电磁驱动

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定中和驱动一体化的超导转子驱动方法

物理学报 2024年第3期73卷 299-309页

作者：张源胡新宁崔春艳崔旭牛飞飞黄兴王路忠王秋良中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院赣江创新研究院赣州341119

高速旋转的超导转子可制作高精度惯性器件,对载体的角位置或角速度进行测量,超导转子的质量偏心和球面误差是影响测量精度的主要误差源.超导转子结构越复杂,其制作和装配过程造成的质量偏心和球面误差就越大,则其测量角速度的精度越低.... 详细信息

高速旋转的超导转子可制作高精度惯性器件,对载体的角位置或角速度进行测量,超导转子的质量偏心和球面误差是影响测量精度的主要误差源.超导转子结构越复杂,其制作和装配过程造成的质量偏心和球面误差就越大,则其测量角速度的精度越低.基于此,本文设计了一种结构简单的超导转子驱动电磁结构,并通过有限元方法研究了定子对超导转子产生的转矩,分析了定子对超导转子的定中和加转效果.基于对超导转子转矩的研究结果,提出了一种定中和驱动一体化的超导转子驱动方法,即通过定子线圈同时实现定中和驱动功能,并设计了对应的定子控制时序.最后分析了所提驱动方法驱动过程的力矩分布,并结合定子系统的响应特性对驱动效果进行了定量分析,计算了不同条件下超导转子加速到50 Hz需要的时间.结果表明,所设计的驱动电磁结构及提出的定中驱动一体化的驱动方法可以对超导转子定中和驱动,研究结果为进一步优化超导转子结构,及超导转子的驱动方法提供参考.

关键词：超导转子麦斯纳力定中和驱动一体化电磁驱动

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圆柱薄膜振动特性

上海交通大学学报 2024年第4期58卷 428-437页

作者：黄涛何泽青宋林中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学航空宇航学院北京100040

根据达朗贝尔原理建立圆柱状薄膜非线性振动方程并对其展开分析与试验验证.建立圆柱膜振动问题的控制方程组,依据薄膜振动物理方程与边界条件简化方程组并求解;得到圆柱膜非线性振动频率解析解,并通过有限元仿真对其线性解析解进行验证... 详细信息

根据达朗贝尔原理建立圆柱状薄膜非线性振动方程并对其展开分析与试验验证.建立圆柱膜振动问题的控制方程组,依据薄膜振动物理方程与边界条件简化方程组并求解;得到圆柱膜非线性振动频率解析解,并通过有限元仿真对其线性解析解进行验证.结果表明,理论计算与数值仿真结果误差较小,有限元方法适用于柔性薄膜结构模态分析.采用三维激光扫描式测振系统测试圆柱膜在空气环境中的振动频率,利用有限元分析软件获得圆柱膜干模态和湿模态振动频率并提取空气附加质量系数.结果表明,圆柱膜振动湿模态测试结果与数值分析结果具有良好的一致性,地面空气附加质量对圆柱膜振动的影响与薄膜自身质量处于同一量级.

关键词：非线性振动湿模态空气附加质量曲率薄膜

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中国科学院大学

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... 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