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基于NWC甚低频信号的日出效应的观测与分析

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地球物理学报 2020年第12期63卷 4300-4311页

作者：王市委顾旭东罗凡彭锐陈欢李光剑倪彬彬赵正予袁丁武汉大学电子信息学院武汉430072 哈尔滨工业大学(深圳)空间科学与应用技术研究院深圳150001

频率在3~30 kHz的甚低频(VLF,Very Low Frequency)波具有较小的传播损耗和较高的趋肤深度,可以在地球-低电离层波导中实现长距离传输,广泛应用于航海导航、对潜通信等领域,且在电离层遥测方面具有十分重要的意义.基于武汉大学自主研发的... 详细信息

频率在3~30 kHz的甚低频(VLF,Very Low Frequency)波具有较小的传播损耗和较高的趋肤深度,可以在地球-低电离层波导中实现长距离传输,广泛应用于航海导航、对潜通信等领域,且在电离层遥测方面具有十分重要的意义.基于武汉大学自主研发的VLF接收机在武汉接收的NWC(North West Cape)台站信号,本文通过分析2018年4月23日—2020年7月22日的观测数据研究了日出期间NWC信号的幅度响应及其特点和规律.结果表明NWC信号日出期间的幅度响应主要包括两种极小值结构:2个幅度极小值(SR1、SR2)的Type I结构和3个幅度极小值(SR1、SR2、SR3)的Type II结构.在以SR1出现时间为时间零点进行时序叠加分析后发现,Type I结构比Type II具有更强的规律性和稳定性.在Type I结构下,SR2出现时间的波动范围、平均值、标准差分别为43~65 min、54.2 min、4.4 min,而在Type II结构下,SR2和SR3出现时间的波动范围分别为48~93 min、80~120 min,平均值分别为64.7 min、96.4 min,标准差分别为10.2 min、11.7 min.在27个月的观测期内,3—7月份Type I结构的出现概率100%,未出现Type II结构,而在1—2月和8—12月Type I结构出现的概率明显下降,最低降至1月份的20.7%,而Type II在1月、2月、11月的出现概率均高于70%.按春秋分交替变化(周期1和周期2)的统计结果,在周期1内Type I和Type II结构出现的概率分别为91.5%、8.5%,而在周期2内Type I结构出现的概率降至41.9%,Type II结构出现概率则升至58.1%,这表示观测期间内Type II结构主要出现在秋冬季,春夏季发生概率较低.

关键词： NWC甚低频信号日出效应幅度响应观测与分析

JJI甚低频台站信号对太阳耀斑事件的响应特性

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地球物理学报 2021年第5期64卷 1508-1517页

作者：顾旭东罗凡彭锐李光剑陈欢王市委易娟李志鹏倪彬彬赵正予王琛袁丁武汉大学电子信息学院武汉430072 武汉纺织大学电子与电气工程学院武汉430200 哈尔滨工业大学(深圳)空间科学与应用技术研究院深圳150001

太阳耀斑发生时,日地空间的X射线通量会随之增大,进而影响到地球电离层的电子密度分布,导致地球-电离层波导状态发生改变,因此接收到的甚低频(VLF,Very Low Frequency)信号会表现出对应的扰动现象.2017年9月8日,位于湖北省内武汉和随州... 详细信息

太阳耀斑发生时,日地空间的X射线通量会随之增大,进而影响到地球电离层的电子密度分布,导致地球-电离层波导状态发生改变,因此接收到的甚低频(VLF,Very Low Frequency)信号会表现出对应的扰动现象.2017年9月8日,位于湖北省内武汉和随州两站点的VLF接收机分别监测到与X射线太阳耀斑相关的来自日本宫崎县(130°49′E,32°04′N)的JJI甚低频台站信号(22.2 kHz)的振幅异常事件.分析当日的数据发现JJI信号的振幅对不同的太阳耀斑出现不同的响应类型,而且对于同一个耀斑,两地的信号响应类型不尽相同.通过统计2017—2019年间与太阳耀斑相关的JJI信号振幅扰动事件,发现两接收站点的JJI信号响应类型都与耀斑强度及其发生时间存在一定的关系,且呈现出四种响应类型,即两次上升下降型、先上升后下降型、下降型和上升型,但是四种响应类型的事件占比不同.拟合结果表明信号的扰动幅度与X射线通量的积分成正相关,但是两站点的线性拟合斜率存在差异.JJI信号到武汉和随州均属于近似沿纬度方向的短距离传播,且两接收站点相距较近,因此两传播路径大致相似.研究两路径上JJI信号对太阳耀斑响应的差异性有助于理解VLF信号的传播以及探索其在太阳活动监测方面的应用.

关键词： VLF信号 JJI台站信号太阳耀斑振幅异常太阳活动监测

澳琴融合,打造大湾区西部世界级特色科技创新中心

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今日科苑 2020年第4期 3-4页

作者：赵新力国际欧亚科学院中国科学技术交流中心

澳门回归20年来,特别行政区政府团结社会各界人士取得了举世瞩目的成绩。"事实证明,‘一国两制’是行得通办得到得人心的"。澳门回归后高度重视科技发展,特别行政区成立伊始就成立了由特首担任主席的科技委员会,进而成立澳门科学技术发... 详细信息

澳门回归20年来,特别行政区政府团结社会各界人士取得了举世瞩目的成绩。"事实证明,‘一国两制’是行得通办得到得人心的"。澳门回归后高度重视科技发展,特别行政区成立伊始就成立了由特首担任主席的科技委员会,进而成立澳门科学技术发展基金行政委员会,澳门从无到有、从小到大建立发展了中药质量研究、模拟与混合信号超大规模集成电路、智慧城市物联网、月球与行星科学4个国家重点实验室。

关键词：科技创新中心澳门回归国家重点实验室行星科学超大规模集成电路特别行政区一国两制中药质量

东西传播路径上JJI台站甚低频信号的日出效应研究

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地球物理学报 2022年第1期65卷 145-156页

作者：王市委倪彬彬顾旭东林仁桐李光剑罗凡彭锐陈欢武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

甚低频(VLF, Very Low Frequency)波的频率范围为3~30 kHz,因其在地球-电离层波导中传播损耗小、传输距离远而被用于低电离层遥测的相关研究.本文基于武汉大学自主研发的甚低频探测系统在湖北随州(31.57°N,113.32°E)的观测数据,详细... 详细信息

甚低频(VLF, Very Low Frequency)波的频率范围为3~30 kHz,因其在地球-电离层波导中传播损耗小、传输距离远而被用于低电离层遥测的相关研究.本文基于武汉大学自主研发的甚低频探测系统在湖北随州(31.57°N,113.32°E)的观测数据,详细研究了中纬度地区来自日本JJI(32.04°N,130.81°E)甚低频台站信号沿东西方向传播的日出效应.在对日出期间接收信号的幅度极小值进行统计分析后发现,幅度极小值出现时间的分布与随州或JJI日出时间的变化趋势基本一致.日出期间JJI信号的幅度响应主要包括type Ⅰ和type Ⅱ两种结构,分别对应2个幅度极小值和3个幅度极小值的情况.其中,type Ⅰ结构主要发生在春夏两季,幅度极小值出现的平均时间落后随州日出时间24 min左右;type Ⅱ结构主要发生在秋冬两季.基于波模干涉理论对日出期间两种不同模式的JJI甚低频信号进行模拟研究,结果表明,在JJI-随州的东西向传播路径上,若只考虑前两阶模的影响,模拟结果与观测结果差异明显;若考虑前三阶模的影响,那么模拟结果与观测结果基本一致.由此可见,JJI甚低频信号在短路径上传播时高阶模会对信号的传播产生较大的影响,分析此类路径上甚低频台站信号的传播特征时需要考虑前三阶模甚至更高阶模的作用.

关键词：甚低频台站信号日出效应干涉理论高阶模

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基于CELMS数据的月表隐月海区域新认识

基于CELMS数据的月表隐月海区域新认识

作者：候乐乐吉林大学

学位级别：硕士

在太阳系形成早期,月球表面经历了极高的陨石撞击,造成古老的玄武岩物质很容易被埋藏和掩盖在撞击坑溅射物下面,形成隐月海。隐月海记录了早期3.8-4.35 Ga的月海岩浆活动,对于了解全球性的月球热演化历史、岩浆演化历史至关重要。但是,... 详细信息

在太阳系形成早期,月球表面经历了极高的陨石撞击,造成古老的玄武岩物质很容易被埋藏和掩盖在撞击坑溅射物下面,形成隐月海。隐月海记录了早期3.8-4.35 Ga的月海岩浆活动,对于了解全球性的月球热演化历史、岩浆演化历史至关重要。但是,当前的月表隐月海研究,主要是基于可见光-近红外数据,此类数据对月壤的穿透深度极为有限,极大限制了其在月表隐月海领域的应用研究。在中国的探月工程中,嫦娥一号、二号卫星均搭载了微波辐射计(CELMS),多次获得了月球表面月壤的亮温数据。CELMS设备的工作频率为3.0、7.8、19.35和37 GHz,其对月壤的穿透深度可达数米。同时,CELMS数据对月表下垫面物质成分和温度十分敏感。这为月表隐月海的研究提供了一种新的数据和手段。本文以基于CELMS数据的月表隐月海探测为目标,首先结合辐射传输模型和分层月壤模型,数值模拟浅覆盖条件下隐月海的亮温变化特征,为基于CELMS数据的隐月海研究提供理论支撑;选用嫦娥2号卫星CELMS数据,采用了时角校正、数据筛选、插值、规则化亮温、亮温差等处理,进行月表亮温制图;根据不同频率的亮温和亮温差表现,系统分析了月表四个典型隐月海区域的亮温分布特征,重新认识了隐月海的空间分布特征。主要工作成果如下:1.结合辐射传输模型和分层月壤模型,建立了针对隐月海的被动微波辐射传输模型,数值模拟结果表明,CELMS数据对于识别一定埋藏深度的隐月海单元是可行的。2.通过对比Australe海地区亮温图、规则化亮温图和亮温差图,发现3.0GHz的亮温差图可以较好地消除地形和表面温度影响,有利于玄武岩单元的识别。3.在Australe海所定义的单元2中,隐月海可能广泛存在,超出基于可见光数据识别的范围。***-Kapteyn区域的中西部区域隐月海埋藏深度较浅,东南部可能为假隐月海。***-Fleming区域的的隐月海范围与可见光结果差别较大,新认识隐月海范围主要位于西南方向且大面积连续分布。***-Schickard区域的地质西北侧及Schickard撞击坑内部存在隐月海,而南部单元可能为表层为高铁钛物质覆盖的月陆物质分布区。这些特殊的发现对于进一步研究月表岩浆演化历史具有重要的意义。

关键词： CELMS数据隐月海亮温差月海玄武岩

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综合多源数据的月球盾形火山分析

综合多源数据的月球盾形火山分析

作者：李向月吉林大学

学位级别：硕士

火山活动是天体内部地质作用的外在表现,作为地球的天然卫星,月球发现发育有类似地球、火星、金星上的盾形火山。盾形火山是经历了长期、连续火山活动累积形成的,对研究月球火山活动有指示作用。本次研究了全月存在的八个盾形火山,包括M... 详细信息

火山活动是天体内部地质作用的外在表现,作为地球的天然卫星,月球发现发育有类似地球、火星、金星上的盾形火山。盾形火山是经历了长期、连续火山活动累积形成的,对研究月球火山活动有指示作用。本次研究了全月存在的八个盾形火山,包括Marius Hills、Aristarchus Plateau、Prinz盾、Mons Rümker、Hortensius盾、Kepler盾、以及Gardner盾和Cauchy盾,为研究月球的热演化活动提供了窗口。基于LRO(Lunar Reconnaissance Orbiter)卫星月球轨道激光测高仪数据(Lunar Orbiter Laser Altimeter,LOLA)、Clementine卫星紫外/可见光(UV-VIS)数据、嫦娥二号卫星微波辐射计(Chang’e Lunar Microwave Sounder,CELMS)数据,分别研究了八个盾形火山区域的地形信息、铁钛含量(FeO and TiOabundance,FTA)和三种主要硅酸盐(辉石、橄榄石和斜长石)的分布,以及盾形火山区域的微波热辐射特征。最后,针对盾形火山区域的微波亮温异常现象,结合地形和氧化物等因素对微波亮温异常进行成因分析。通过以上内容的研究,进一步丰富对月球表面盾形火山的认识和了解。本文主要的成果如下:(1)盾形火山的地形特征分析。本文首先结合空间分辨率为1/64°的LOLA地形数据对月球上存在的八个盾形火山开展了高程及坡度的对比分析。根据盾形火山的发育形状,这八个区域可以分为七个近圆形盾形火山以及一个椭圆形盾形火山。此外,所有盾形火山区域的地形隆起均较为宽广,地形起伏十分平坦,结构相对稳定,其顶部和底部区域的坡度变化同样比较缓和。(2)基于Clementine多光谱数据的盾形火山成分反演分析。月球表面物质信息探测是月球探测的重要组成部分,也是月球起源和演化历史提供重要参考。基于Clementine卫星紫外/可见光多光谱数据,本文首先建立适应盾形火山区域内最适合的反演模型,并通过线性模型反演了八个盾形火山区域表面的铁钛氧化物以及辉石、橄榄石和斜长石三种硅酸盐的分布,然后开展了矿物含量的特征分析研究。结果表明,八个盾形火山的物质成分分布具有一定差异,其形成原因可能来自多种因素的影响,如周围区域的大型撞击事件、剧烈的月海岩浆活动、自身的火山活动等。(3)盾形火山微波热辐射特征分析。相比于热红外数据和光学数据的几微米的穿透深度,CELMS数据10-20倍波长的穿透深度能反映更深部月壤的热辐射特征。通过微波数据的亮温表现发现:盾形火山亮温表现出的边缘界限可与盾形火山范围的边缘界限较好吻合,暗示了盾形火山区域与周围研究区物质成分有着不同的热物理特征。八个盾形火山即使是同一月海区域或者相邻区域,也有不同的亮温表现,比如:Marius Hills和Cauchy盾正午高亮温异常,即“热区”,其余六个盾形火山低亮温异常;Aristarchus Plateau和Prinz盾亮温表现相似,Gardner盾和Cauchy盾亮温表现截然不同。(4)亮温异常分析。结合地形和成分分布,正午的亮温异常并不是由地形导致的,而认为与铁钛含量,特别是TiO的含量有关,即铁钛含量是导致盾形火山区域亮温异常的主要原因之一。

关键词：月球盾形火山多源数据铁钛含量(FTA) 硅酸盐亮温异常

基于嫦娥卫星微波辐射计数据的月球云海地质单元研究

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基于嫦娥卫星微波辐射计数据的月球云海地质单元研究

作者：胡硕吉林大学

学位级别：硕士

云海是月球最古老的月海之一,经历了长时间的岩浆演化,是当前月海岩浆演化研究的重要区域之一。但是,云海也是受到溅射物覆盖影响比较严重的区域,地质单元非常复杂,极大限制了可见光遥感技术对云海地质单元的识别研究。嫦娥二号卫星微... 详细信息

云海是月球最古老的月海之一,经历了长时间的岩浆演化,是当前月海岩浆演化研究的重要区域之一。但是,云海也是受到溅射物覆盖影响比较严重的区域,地质单元非常复杂,极大限制了可见光遥感技术对云海地质单元的识别研究。嫦娥二号卫星微波辐射计（CELMS）数据是我国独有的月表微波探测数据,该数据对浅月表的温度和成分等非常敏感,所用的4个频率通道反映了相应穿透深度范围内的月壤温度和成分信息,可以在一定程度上削弱浅层覆盖物的影响。因此,本论文拟基于嫦娥二号卫星CELMS数据,进行溅射物覆盖较为严重的云海地区玄武岩单元的认识研究。论文取得的主要成果如下:1、根据微波辐射计的数据特性,对云海区域的亮温进行了制图。使用正午时段和午夜时段的亮温数据制作了研究区亮温图和亮温差图。然后针对月球微波亮温数据随纬度变化大的问题,本文提出了使用比值的方法来减弱亮温的纬度效应。通过多项式拟合方法得到了纬度与平均亮温的关系,然后使用亮温与拟合亮温的比值制图,通过该方法制作的图像较好的减弱了纬度效应。2、依据比值法构建的正午和午夜的图像,使用ISODATA非监督分类的方法进行了图像分类,分类结果与可见光划分的三期玄武岩成果具有较好的对应关系。依据分类结果和研究区亮温和亮温差的分布,将云海的地质单元进行了进一步划分。3、通过对云海地质单元微波亮温特性进行分析,结合可见光成果,证明了研究的合理性,并得出了以下结论:（1）将云海的玄武岩单元划分为了三类,对应了三个期次的岩浆活动,并且玄武岩期次越新,铁钛含量越高。（2）云海中部区域在白天和夜晚的低频图像中都表现出了高亮温,但在高频图像中则没有体现,推测该区域在较深的区域是均一的,且具有较高的下垫面温度。（3）云海中部一个可见光识别的光谱异常区域在微波遥感的低频图像中不可见,验证了该异常可能只存在于较浅的区域。（4）使用微波数据识别的云海西部月陆撞击坑物质区域比可见光识别的面积要小,说明该单元部分区域的月陆溅射物厚度比较小,微波遥感已经能对其进行有效的穿透。本文基于嫦娥卫星微波辐射计数据对云海地质单元进行了研究,提出的微波亮温数据处理的方法可以有效的对云海的地质单元进行划分和分析。通过对云海地质单元的微波亮温特性分析,得到的成果是相对于可见光结果很好的印证和补充,获得了对云海地质单元的新认识。

关键词：云海地质单元嫦娥卫星微波遥感

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具有解耦功能的二维倾角模拟装置

机械工程学报 2012年第19期48卷 1-9页

作者：高海波梁忠超丁亮邓宗全曲建俊哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

星球探测车是人类进行星球探测必不可少的工具,为了对星球探测车在实验室内进行崎岖地形上的模拟试验,采用一个具有二维倾角功能的运动平台,并搭配不平路面的模拟来实现崎岖的地形模拟。通过深入研究运动平台的二维运动特性,发现两侧均... 详细信息

星球探测车是人类进行星球探测必不可少的工具,为了对星球探测车在实验室内进行崎岖地形上的模拟试验,采用一个具有二维倾角功能的运动平台,并搭配不平路面的模拟来实现崎岖的地形模拟。通过深入研究运动平台的二维运动特性,发现两侧均采用曲柄导杆机构驱动,并同时进行两个方向的倾斜运动时,此空间机构的二维运动具有耦合特性,于是使用补偿铰链来实现对二维耦合运动的解耦。通过对提出的机构进行理论推导分析,并使用仿真与试验进行验证,最终实现了运动平台的两个方向上同时倾斜运动并互不干涉,为星球车崎岖地形模拟试验奠定了基础。

关键词：崎岖地形模拟装置二维倾角载人月球车

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接收站位形对甚低频源定位精度的影响

电波科学学报 2022年第1期37卷 79-86页

作者：彭锐顾旭东王市委陈欢李光剑罗凡汪鑫陆开昊倪彬彬赵正予武汉大学电子信息学院空间物理系武汉430072

考虑到地球曲率的影响,文中使用基于球面模型的远距离多站时差定位算法来具体研究VLF源定位的精度.针对四接收站下的方型布站和星型布站两类典型布站几何,使用蒙特卡洛随机试验的仿真方法计算了探测区域内接收系统对VLF源定位结果的均... 详细信息

考虑到地球曲率的影响,文中使用基于球面模型的远距离多站时差定位算法来具体研究VLF源定位的精度.针对四接收站下的方型布站和星型布站两类典型布站几何,使用蒙特卡洛随机试验的仿真方法计算了探测区域内接收系统对VLF源定位结果的均方根误差,分析了布站几何、基线长度和主站选择三类因素对定位精度的影响.结果表明:提高基线长度可以有效提升定位精度,但是提升效果会随着基线增加而减弱;星型布站相比于方型布站更具优越性,探测区域内的定位误差分布整体较低且没有明显方向性,更适合盲源目标定位;星型布站下,主站选择在三角形中心位置时的定位精度要优于其他位置的结果.研究结果对远距离VLF源定位系统的实际接收站点设置有着重要的参考价值.

关键词： VLF 时差定位布站构型定位精度长基线

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