分类： 农、林、牧、渔 >> 农业基础学科 提交时间： 2023-08-14 合作期刊: 《智慧农业（中英文）》
摘要： ［目的/意义］人工智能（Artificial Intelligence，AI）技术已在学术和工程应用领域掀起了研究高潮，在 地球物理参数和农业气象遥感参数反演方面也表现出了强大的应用潜力。目前大部分AI技术在地学和农学的应用 还是“黑箱”，没有物理意义或缺乏可解释性及通用性。为了促进AI在地学和农学的应用和培养交叉学科的人才， 本研究提出基于AI耦合物理和统计方法的地球物理参数反演范式理论。［方法］首先基于物理能量平衡方程进行 物理逻辑推理，从理论上构造反演方程组，然后基于物理推导构建泛化的统计方法。通过物理模型模拟获得物理 方法的代表性解以及利用多源数据获得统计方法代表性的解作为深度学习的训练和测试数据库，最后利用深度学 习进行优化求解。［结果和讨论］ 判定形成具有通用性和物理可解释的范式条件包括：（1） 输入与输出变量（参 数） 之间必须存在因果关系；（2） 输入和输出变量（参数） 之间理论上可以构建闭合的方程组（未知数个数少于 或等于方程组个数），也就是说输出参数可以被输入参数唯一确定。如果输入参数（变量） 和输出参数（变量） 之 间存在很强的因果关系，则可以直接使用深度学习进行反演。如果输入参数和输出参数之间存在弱相关性，则需 要添加先验知识来提高输出参数的反演精度。此外，本研究以农业气象遥感中的关键参数地表温度、发射率、近 地表空气温度和大气水汽含量联合反演作为案例对理论进行了证明，分析结果表明本理论是可行的，并且可以辅 助优化设计卫星传感器波段组合。［结论］ 本理论和判定条件的提出在地球物理参数反演史上具有里程碑意义。
分类： 农、林、牧、渔 >> 农业基础学科 提交时间： 2023-05-30 合作期刊: 《智慧农业（中英文）》
摘要： 人工智能 （Artificial Intelligence） 技术已在学术领域和工程应用掀起了研究高潮，在地球物理参数和农业气象遥感参数反演方面也表现出了强大的应用潜力。目前大部分人工智能技术在地学和农学的应用还是黑箱，应用没有物理意义或缺乏可解释性及通用性。本研究提出基于人工智能耦合物理和统计方法的地球物理参数反演范式理论，即先基于物理能量平衡方程进行物理逻辑推理，从理论上构造反演方程组，然后基于物理推导构建泛化的统计方法。通过物理模型模拟获得物理方法的代表性解以及利用多源数据获得统计方法代表性的解作为深度学习的训练和测试数据库，最后利用深度学习进行优化求解。判定形成具有通用性和物理可解释的范式条件包括：（1） 输入与输出变量 （参数） 之间必须存在因果关系；（2） 输入和输出变量 （参数） 之间理论上可以构建闭合的方程组 （未知数个数少于或等于方程组个数），也就是说输出参数可以被输入参数唯一确定。如果输入参数 （变量） 和输出参数 （变量） 之间存在很强的因果关系，则可以直接使用深度学习进行反演。如果输入参数和输出参数之间存在弱相关性，则需要添加先验知识来提高输出参数的反演精度。此外，本研究以农业遥感中的关键参数地表温度、发射率、近地表空气温度和大气水汽含量联合反演作为案例对理论进行了证明，分析结果表明本理论是可行的，并且可以辅助优化设计卫星传感器波段组合。本理论和判定条件的提出在地球物理参数反演史上具有里程碑意义。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2022-01-14 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 随着空间天文卫星获取数据量越来越多，数据应用逐渐发挥了重要作用。现有的天文卫星地面系统中，数据存储方式和组织方法各异，数据量达PB级，并且数据量持续增长，无法快速查找并提取特征参数，难以满足数据应用对查询的时效性要求。本文提出了一种新的空间天文卫星数据组织方法，通过解析抽取数据中的海量特征参数，建立观测时间、空间位置与特征参数的关联，实现在统一时空下的多源数据组织；同时采用关系型数据库与非关系型数据库结合的异构存储方式，设计了海量特征参数存储管理系统。将本文方法应用于空间科学卫星大数据应用平台系统中，使用硬X射线调制望远镜卫星数据的实验结果表明，系统针对按照时间、空间条件获取数据的要求能够较好满足，相比关系型数据库数据组织方式，相同查询模式下数据检索效率明显提高；并且随着数据存储量的增加，系统具有稳定的扩展能力。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2021-05-27 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： GECAM是专门针对引力波伽马暴的研究机遇而提出的中国科学院空间科学（二期）先导专项卫星任务。GECAM卫星通过数传、遥测以及北斗短报文三个通道下行触发、事例、并道、工程以及短报文等多种类型的数据，数据预处理过程需要对这些数据进行快速正确处理，以满足科学家对天文事件数据正确性和时效性的要求。本文针对GECAM卫星数据处理时效性要求高、数据连续完整、多信道数据融合处理以及触发事件数据切分等特点，对科学数据处理流程和天文警报信息处理流程进行了设计，概述了关键核心算法的思路与实现方法。卫星发射入轨后，数据预处理软件运行良好，正确性和及时性指标满足要求，为后续爱因斯坦探针（EP）卫星、中法天文卫星（SVOM）等空间天文卫星开展数据预处理工作提供了参考。
分类： 地球科学 >> 空间物理学 提交时间： 2017-03-10
摘要： 太阳跟踪研究的发展，向太阳跟踪器的控制系统智能化提出了更高的要求。以SOLYS Gear Drive 太阳跟踪器为仪器平台，创新性地提出利用路由器建立控制主机和太阳跟踪器在局域网内，以及局域网和互联网之间的通信,并以虚拟仪器开发软件LabVIEW为软件平台，综合调用百度地图应用程序接口API和指令脚本文件，设计了一套控制系统。实现对仪器的状态监测，指令控制，远程访问等。系统功能丰富，操作简单，界面可视化好，普遍适用性强。
分类： 地球科学 >> 空间物理学 提交时间： 2017-01-22
摘要： 量子科学卫星有效载荷激光链路，需要有一条经典的上下行射频高速通信链路作为激光链路的验证对比。本文介绍了量子科学卫星上下行射频链路的物理层硬件设计和算法设计。该链路采用符合CCSDS频谱规范的SRRC-OQPSK作为上行调制类型，上行速率达到1.024Mbps下行采用SRRC-OQPSK和GMSK调制，速率达到4Mbps。经过和多个地面站的对接试验测试结果表明数传通信机的载波捕获灵敏度优于-100dBm，数据解调灵敏度优于-98dBm，AGC能力大于43dB,在-96 dBm接收信号电平条件下的实际传输误码率优于1×10-9。实测结果证明射频信道物理层设计方案满足量子科学实验任务要求。
分类： 地球科学 >> 空间物理学 提交时间： 2017-01-22
摘要： 相比传统的单点磁场探测，多点磁场协同探测可以同时获得各测点磁场，消除了探测磁场随时间的变化，更好的计算空间电流密度。本文根据由多点磁场反演计算空间电流密度的计算方法，开展了数值仿真分析，分析了卫星编队数量、卫星编队构型、卫星定位偏差、卫星姿态测量误差、磁场测量误差、外部磁场强度、外部电流密度等对电流反演误差的影响。仿真结果表明，5星编队优于4星编队，在5星编队条件下，卫星姿态测量误差和外部磁场强度是反演误差的主要来源，卫星编队构型也是反演误差的重要来源。根据仿真结果，当卫星姿态误差0.001°、编队尺度约100km时，赤道区域电流密度反演相对误差约24%。
分类： 地球科学 >> 空间物理学 提交时间： 2017-01-22
摘要： 利用瑞利激光雷达观测数据分析了北京地区35-70km高度范围内大气温度和重力波活动的季节变化。北京地区30-70km高度范围内的大气温度有明显的年周期变化。平流层顶最高温度出现在6、7月份，大约为270K。中间层70km高度上最低温度也出现在6、7月份，大约为200K。以2014年10月14日晚为例，分析发现50km以下重力波势能能量存在耗散，而在50km以上重力波近乎无耗散地向上传播。通过对比35-50km高度范围内的平均势能密度对北京地区重力波活动强弱的季节变化进行了研究。北京上空重力波活动强度具有明显的年周期变化，冬季平均势能密度为 ，夏季为 ，冬季重力波活动强度约为夏季的两倍。还给出了春、夏、秋、冬四个季节重力波势能密度随高度的变化，并分析了北京地区重力波在不同季节、不同高度上的耗散情况。
分类： 地球科学 >> 空间物理学 提交时间： 2017-01-22
摘要： 本文分析了日冕中性原子观测的科学意义和观测方法，提出采用编码调制的方法进行日冕中性原子成像，并依据科学指标完成了整个仪器的初步方案。仪器测量中性原子能量从0.5MeV/u到6MeV/u、视场范围为 。利用高压静电偏转电极板去除掉测量范围以内带电粒子，并利用m序列编码调制栅网和硅半导体构成成像结构，最后结合电子学共同实现仪器。
分类： 地球科学 >> 空间物理学 提交时间： 2017-01-22
摘要： 利用中国廊坊站（39°N，117°E）流星雷达在2012年4月1日至2013年3月31日期间的水平风场观测数据，分析了廊坊上空中间层和低热层（MLT，80-100 km）大气平均纬向风、经向风的变化规律，结果表明平均纬向风和经向风都表现出明显的季节变化。平均纬向风在冬季MLT盛行西风，极大值位于中间层，随高度增加西风减弱；夏季中间层为东风，低热层则为强西风，风向转换高度位于~82km；春、秋季为东季节和夏季特征转换的阶段。平均经向风在冬季以南风为主，在夏季盛行北风。平均纬向风和经向风在春、秋两季主要表现为过渡阶段。流星雷达观测结果与WACCM4模式和HWM93模式模拟的气候变化特点基本一致。WACCM4模式风场偏大，而HWM93模式风场偏小。
分类： 地球科学 >> 空间物理学 提交时间： 2017-01-22
摘要： 本文选择参数化的电离层热层理论模型TIEGCM作为背景模型，基于COSMIC 掩星观测的电子密度廓线数据，应用集合卡尔曼滤波方法建立了全球电离层电子密度同化模型，实现了全球电离层的电子密度同化。同化结果表明，该同化模型能将观测资料有效地同化到背景模式中，获得全球三维电离层电子密度。与背景模式相比，同化得到的电子密度相对于观测值的偏差显著下降。此外，分组同化与同时同化的结果对比显示，平均偏差改善基本一致，同时同化后的标准偏差在峰值高度以上略有减小。
分类： 地球科学 >> 空间物理学 提交时间： 2017-01-22
摘要： 碎片清除飞行器异面变轨要消耗大量燃料。该文从气动辅助异面变轨优化设计及设计参数对变轨性能影响分析出发，旨在分析优化气动辅助异面变轨与双脉冲霍曼轨道转移相比燃料节约量。分析研究了不同高度差轨道间实施气动辅助变轨对燃料节约量的影响。地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit, GEO)与低地轨道(Low Earth Orbit, LEO)间气动辅助变轨优化速度增量约为1.55km/s、质量面积比172 kg/m2、比冲310 、轨道倾角变化16°时燃料节约率约为45%。对比研究了不同轨道高度差的LEO轨道间实施气动辅助变轨的燃料节约情况。结果表明：随着轨道高度的增加，气动辅助优化效率逐渐降低；相同高度轨道间实施异面变轨，随着轨道倾角的增加气动辅助变轨燃料节约率增大；当轨道倾角小于5°时，采用气动辅助变轨和双脉冲变轨燃料消耗量相等。
分类： 地球科学 >> 空间物理学 提交时间： 2017-01-22
摘要： 太阳质子事件通量的预测对航天器的抗辐射加固设计和宇航员的出舱活动都具有非常重要的意义。针对1年以下的航天任务，我们利用经验统计的方法，确认了太阳活跃年和太阳平静年期间，1-365天不同时间段内太阳质子事件大于10MeV、大于30MeV和大于60MeV的质子事件积分通量符合对数正态分布，且通量对数的标准偏差 和期望值 随任务期时间的变化满足对数函数形式。以此为基础，我们构建了太阳质子通量的中短期预报模型。该模型能够针对太阳活跃年和太阳平静年，给出一定置信度下1-365天不同时间内大于10MeV、大于30MeV和大于60MeV的质子事件通量分布，从而为执行中短期航天任务提供太阳质子事件通量的预测，以规避不必要的风险。
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