皮纳微小卫星激光反射器设计及激光测距分析

皮纳卫星是指质量为千克级、以微机电系统技术为基础的小卫星。皮纳卫星能够通过组成星座、编队或卫星群完成单颗大卫星难以实现的任务,被广泛地应用于科研、技术试验、商业遥感等领域。皮纳卫星设计寿命短,在完成在轨服务后就会成为空间碎片,这时要想对皮纳卫星进行精准定位,就必须采用非合作目标的方式进行激光测距。按照目前空间非合作目标的激光探测能力,由于皮纳卫星尺寸小,导致返回的激光信号弱,探测难度大,且随着皮纳卫星发射次数的增多,将严重影响人类的空间科技活动。因此设计出适合于皮纳卫星的激光测距合作目标,使得激光测距技术的高精度特性应用于皮纳卫星的目标监测,这对空间目标高精度测量和提升碎片目标精密监测与预警有着重要的实用价值。本论文紧紧围绕研制出适合于皮纳卫星的微小激光反射器这一目标,立足于低轨皮纳卫星高难度的激光测距实用需求,设计质量轻、分布灵活、满足在轨和成为空间碎片后仍能采用常规的人卫激光测距技术进行观测、且便于标准化配置的微小卫星激光反射器。论文的主要工作内容如下:(1)理论计算并分析了星载激光测距合作目标的速差效应及其补偿方法、有效视场角、有效反射器面积、可观测时间、远场衍射分布、质心误差改正分布等核心技术参数,并以低轨卫星中常用的金字塔结构和八棱台结构激光反射器为例进行分析,为皮纳卫星激光反射器设计提供理论依据。(2)针对轨道高度在250—1 000 km的皮纳卫星,以标准立方体结构皮纳卫星为例,设计了质量不超过150 g、视场角满足360°、测距精度达厘米级、具有足够回波强度、且便于标准化配置的微小激光反射器,并设计了长方体和多面体结构皮纳卫星激光反射器。(3)为我国第一颗大气密度探测实验卫星PN1B设计了星载卫星激光反射器,这是国内首次采用通光口径为1 cm的微小激光反射器阵列,通过TROS1000流动人卫激光测距系统对该卫星进行的激光测距试验,观测期间其回波数最大值达314个/秒,验证了微小激光合作目标能够提供足够的的回波光子数。(4)设计了一种适用于角锥棱镜加工的靠体,在铣磨成型、粗磨及精磨和粗抛工序中直接通过该靠体的翻转实现角锥棱镜的成盘化加工,最后以配重分离器工艺进行精抛。使得角锥棱镜整体工艺方案加工工序减少、生产节奏快、效率高、质量可保证。(5)为确保卫星激光反射器发射成功后在太空环境中能正常工作,以皮纳低轨卫星激光反射器为例,介绍了激光反射器在地面进行的光学性能、力学性能、热学性能及空间辐照性能测试。     

10-12秒精度激光测距问题的理论研究

随着空间大地测量技术观测精度的提高 ,需要激光测距理论模型适应目前和未来可预见的精度要求 .本文基于激光测距的基本原理 ,给出了太阳系质心参考系 (BRS)和地球质心参考系 (GRS)中的相对论激光测距的理论模型 ,对两种激光测距模型中有关引力时延的量级进行了估计 ,并给出了完整而自洽的时间尺度和时空坐标变换的理论公式 .根据最新的BRS和GRS系之间的时空坐标变换关系 ,在皮秒 (10 - 1 2 s)的精度下 ,推导出了在GRS中适合于所有激光测距问题的相对论模型 ,同时扩展了IERS推荐的激光测距模型的适用范围     

10112秒精度激光测距问题的理论研究

随着空间大地测量技术观测精度的提高，需要激光测距理论模型适应目前和未来可预见的精度要求．本文基于激光测距的基本原理，给出了太阳系质心参考系(BRS)和地球质心参考系(GRS)中的相对论激光测距的理论模型，对两种激光测距模型中有关引力时延的量级进行了估计，并给出了完整而自洽的时间尺度和时空坐标变换的理论公式．根据最新的BRS和GRS系之间的时空坐标变换关系，在皮秒(10^-12s)的精度下，推导出了在GRS中适合于所有激光测距问题的相对论模型，同时扩展了IERS推荐的激光测距模型的适用范围．     

Lanzarote火山与地球动力学实验场的地壳变形、地热流动态监测研究

主要介绍中国、西班牙两国在Lanzarote火山与地球动力学实验场 12年的合作监测研究。1991年以来 ,中西双方共同在Lanzarote岛火山活动地区建立了Cueva和Timanfaya 2个监测站 ,进行地壳变动和地热流动态监测研究。对合作研制的 2 9台 (套 )监测仪器开展长期稳定实验 ,积累了大量观测资料和数据。初步分析表明 :仪器运行良好 ,记录长期稳定可靠 ;Cueva站的仪器记录主要反映区域或全球地球物理环境或动力学效应 (如海潮、固体潮等 ) ,应变潮汐和倾斜潮汐的O1波、M2 波具有较高精度 ,显示火山目前活动微弱 ;Timanfaya站的仪器记录主要反映局部的火山活动信息 ,显示火山仍在活动但呈下降趋势。为今后火山喷发演变过程的监测研究和进一步合作奠定了基础     

日本气象厅决定在全国设置地震速报器

据日本共同社消息 ,日本气象厅日前决定 ,2 0 0 3年 4月前在全国 80处地方设置地震速报器。这种地震速报器可在地震发生后几十秒内发出较为详细的地震资料。预计安装这些仪器的总费用为 4 1 1亿日元 (约合 3 42万美元 )。近年来 ,日本通过改进和更新地震监测设备 ,来强化对东海、东南海和南海等地的大地震的预报和检测。这些先进仪器大多安装在与大地震相关的本州的东海地区和四国岛。日本气象厅决定在全国设置地震速报器@董泰     

可联机获得的数据

北加州地震数据中心 ( NCEDC)和美国地质调查局 ( USGS)高兴地宣布可提供广泛的“低频”地球物理数据和断层检测数据。美国地质调查局用国家减轻地震灾害计划 ( NEHRP)的资金 ,资助了各种断层监测工作。除地震频带上的监测外 ,美国地质调查局还资助了“低频”监测的应变、蠕变、水位以及运转在低频段的其他仪器系统。主要研究人员包括美国地质调查局和高等院校的科学家。这些数据集的典型观测间隔时间为 1 0 min( 0 .0 0 1 67Hz)。现在这些仪器中的大部分所提供的原始数据可从北加州地震数据中心获取 ,并用 FDSN指定的网络代码“UL…     

水准测量的场地条件影响

广义的地壳形变包括大面积的形变(由大面积水准和测距等测得的地形变)和定点形变(例如倾斜仪等仪器所显示的地形变)两大类。多年来的观测结果表明这两类形变信息特征有很大差异。这种差异可能与监测系统的精度和观测周期不同有关,也可能与它们受到不同的场地因素影响有关。随着观测技术的发展,近年来出现了短水准、短基     

帮助了解地震的仪器设备

到所预报的“大地震”袭击加州的时候,地质学家们可能会对他们所从事的研究有一个较清楚的认识,这在某种程度上要感谢设计用来研究地球的一套综合性地震仪器。预期这套地球监测设备(Terrascope)可在比以往更短的时间内为科学家们提供准确、详细的地震数据。在加州南部各地最初安装的10台仪器将在当地与卫星遥测、电话、微波传输等系统及小型磁盘记录设备联结起来。这10台仪器将包括     

Sacks-Evertson钻孔应变仪观测网在京津地区的安装

Sacks-Evertson钻孔应变仪最深可置于500米的钻孔底部。这种仪器的主要优点是灵敏度高(可分辨10~(-11)应变)工作频带宽(频响曲线的平直段从零频至十几赫兹),动态范围大(10~(-11)至10~(-5)应变),由于安装在钻孔深部,尽可能地避免了太阳热辐射、降雨、地面振动等因素的干扰。它可用于地震前兆观测、确定震源过程、地球自由振荡、应变固体潮、火山活动与地质构造活动等方面的研究。     

高频地震记录仪的研制

根据地震预报的需要,我们研制了一种高频地震记录仪。采用熏烟或墨水记录。仪器频带2～120Hz(-3db);总功耗约0.4瓦,重量24公斤。滚筒速度分二档:240mm/分、360mm/分(或120mm/分,240mm/分),在240mm/分速度时,仪器可连续记录12小时。 本仪器在云南省剑川、云龙和鹤庆等地,以及贵州六枝地区做过流动观测,并在昆明、昭通、易门和海口做过半年至一年以上的长期试用性观测。流动观测期间,记到不少零级以下的地震。有的地震卓越频率大于40周,震级<-1.7;根据估算,在频率100Hz时,可以观测到-3级左右的地震。长期流动和固定观测证明了仪器的稳定性、可靠性都是良好的。 试验观测表明:这种仪器对监测极微震活动、地声观测和研究断层的现代活动性都是一种有用的仪器。因为采取了可见记录,观测结果更直观,维修管理方便,适于流动观测。如果与慢速磁带机相结合,可使高频地震观测更为有效和完善。     

FD—105K氡射气仪常见故障及其维修

一、概述:FD-105K 射气仪是一种能(在室内)测量地下水中(取水样)或者空气中(取气样)氡射气的浓度的仪器,因而可以直接用于寻找铀矿和作地震观测以预报地震,同时可作环境污染监测等多种用途。它与FD一105型仪器所不同的是它自带整流稳压电源,采用直流电源变换器,     

新技术观测板块的漂移——监测地震活动的可能手段

本文较详地介绍了观测板块漂移的最新技术,包括卫星激光测距、长基线干涉技术及在实际应用中所取得的测量结果和展望。文章还介绍了其它新技术,如,与SLR原理相类似的月球激光测距和最有前途的全球定位系统。利用这些技术有可能与全球地震活动进行相关性的研究,可望为监测地震开辟一条新的途径。     

红河断裂带中、越现代形变监测对比研究综述

利用现今大地形变测量资料,可分析研究得到现今地壳形变特征.大地形变场的建立,主要以精密水准测量监测大地区域垂直形变,以地面激光测距监测大地水平形变,以短基线、短水准测量等方法对断层活动性进行定点观测研究.20世纪90年代以后比较流行用GPS监测场区现代构造运动及断裂的地壳形变.本文主要通过分析对比中、越红河断裂带及其相邻地区的现代形变监测资料,得出现今红河断裂的形变特征.     

闽台两岸区域地震监测台网及地震监测能力比较

介绍了闽台两岸地震台网的历史与现状，现今地震观测台网布局及监测及台站使用仪器类型的历史沿革。同时，使用１９９３￣１９９４年两岸分别出版的地震观测报告，系统分析了同一地震中两岸台网分别测定的地震参数的差异，探讨了引起这种差异的可能原因，提出了今后联合进行台湾海峡地震监测预报与地球结构研究的必要性和可行性。     

一种高频震级标度

提出一种高频震级标度(m): m=2log■_(kf)+3式中,■_(kf)是在震源或距断层10km处加速度傅里叶振幅谱的高频水平,单位是cm/s(平均的或其中任意一个水平分量)。可以从仪器资料或地震的有感面积来测定m。在北美东部和加州,我们规定对应于“平均”应力降的地震,m=M(矩震级)。如果M也是已知的,则m提供应力降的测量。观测的m与M之间的关系表明,对于北美东部地区地震,平均应力降大约是150bar;对于加州地区地震,平均应力降大约是70bar。北美东部地区应力降的变化又比加州地区的大得多。所提出标度的主要理由是它可用来解释有仪器记录的以前的大地震,而这些地震对北美东部地震危险性估计是十分重要的。对于这样的地震,m可以比M或m_N(Nuttli震级)的测定更为可靠,并且形成测定高频地面运动的更好基础。当将m和M作为一对使用时,则可提供为覆盖整个工程频带的地面运动的一个好的指标。如果能够给出一个地震的两种震级,那么,就可以用一个地面运动模型,如随机模型,获得可靠的反应谱和地面运动峰值。     

WSQ-1型自记水管倾斜仪的动态响应分析

WSQ-1型自记水管倾斜仪是浙江省地震局和杭州自动化仪器厂联合研制的定点形变观测仪器。在仪器的研制过程中,对其静态和动态特性进行了仔细地研究和计算,样机安装后,又作了实验测定。静态特性试验的主要内容是测定仪器的灵敏度、非线性度.线性范围(量程)和重复精度等参数。WSQ-1型自记水管倾斜仪测试组在杭州长桥人防山洞试验点的测试结果如下:仪器的灵敏度大于 20毫伏/微米,非线性系数小于0.8％,一次测量范围为±0.9毫米,接力测量范围为±4毫米,重复精度小于0.62毫伏(相当于0.031微米)。动态特性试验的内容是测定该系统的阻尼系数、固有角频率、液面达到平衡所需的时间等。     

监测地壳形变:仪器述评

前言多年来,为了地震预报的研究高灵敏度的应变仪和倾斜仪已经在世界范围内用来连续监测地壳形变。第一台实用的监测固体地球形变的应变仪是由贝尼奥夫(Benioff,1935)研制的。用应变仪和倾斜仪所测量的物理变化是相关的。应变仪可以测出沿仪器长度方向上的水平或垂直位移变化,或在用体积应变仪(膨胀仪)时,可测出相应的体积变化。倾斜仪可测     

地震前兆电磁波监测仪的研制

为了提高地方地震队伍监测能力,需要有一些操作简单、容易安装、性能好、工作稳定、不须人工经常管理而又能记录到有价值的地震前兆信息的监测仪器。最近研制出的数字记录的超低频电磁波监测仪可自动采集数据,数据可以在仪器内存贮长达一个月,平时不须管理,随时可以通过手工查阅、连接电脑或远程遥控等３种方式获取数据,适合地方地震监测点使用。介绍了仪器研制的科学依据、研制意义和仪器的工作原理,详细了仪器实现自动化、数     

论天津电信传输地震台网的效益问题

本文用大量实际资料讨论了天津电信传输地震台网的效益问题。认为其效益主要表现在:(1)提高了微震监测能力,有利于对天津地区震情的监视和判断,(2)提高了信噪比和仪器有效放大倍数,故震相记录清楚,有利于地震参数的测定,(3)社会效益显著。     

Charlevoix地震带地球物理研究的十二年(二)

六、水位监测1978年秋,当两个68m深(W1和W2)和一个30m深(W3)的垂直钻孔完井时便开始进行井水水位监测(图12)。现今文献(Nur,1972;Johoson等,1974;Scholz和Kranz,1974)提出孔隙流体在地震机制中起着很重要的作用,反过来它又是地震活动性的灵敏显示器或征兆。这种局部地下水对灵敏的倾斜测量产生的扰动使我们有希望监测深部的孔隙压力。