摘要：尘暴是火星表面沙尘颗粒在剧烈的大气运动下形成的扬尘现象,局部尘暴可持续几个火星日(sols),大型甚至全球性尘暴可持续长达几个月.火星尘暴事件严重威胁探测器着陆过程的安全性,并可能加剧火星车太阳能帆板表面的沙尘沉积进而导致火星车供电不足.为保障火星探测任务着陆过程的安全,应开展火星尘暴事件的时空概率分析并对着陆前的尘暴事件进行预报.本文以中国首次火星探测任务“天问一号”为例,开展了:(1)基于长时间序列(MY24~28)火星遥感影像(MDGMs)来提取尘暴对象和尘暴序列,建立乌托邦平原(Utopia Planitia)研究区的尘暴时空数据库;(2)计算研究区中尘暴出现的时空概率,并对“天问一号”任务的着陆时间、地点以及“祝融号”火星车工作和休眠期内的尘暴活动进行分析评价;(3)完成“天问一号”主选和备选着陆圆的原生尘暴划分和尘暴序列的特征提取,并实现了“天问一号”任务着陆前的尘暴预报分析.未来应当结合大气环流模型模拟和计算的大气物理等参数(温度、压强、光学深度、风速和风向等)来综合研究尘暴等大气活动的机理和影响因子,以提高尘暴分析和预报的准确性以及实时性.

摘要：木星是太阳系中最大的行星,也是自转速度最快的行星.作为一颗气态巨行星,木星没有海陆分布、复杂地形等因素的影响,是研究大气动力学的天然试验场.木星的大气成分、大气环流、内部结构特征等都具有重要的科学意义.1973年12月4日,先驱者10号飞掠木星,实现了人类第一次木星大气近距离探测.如今木星探测已经积累了50余年的经验,发射了10次木星任务:7次飞掠任务、伽利略号与朱诺号两次环绕任务、正在飞行途中的木星冰卫星探测任务.本文简要回顾了这10次探测任务及其取得的科学成果,重点关注木星的大气成分、波动和急流、大红斑、极地涡旋等方面取得的进展,并指出一些尚未解决的科学难题.我国计划于2030年左右发射天问四号,对木星系进行探测.回顾过去的木星探测任务,对于天问四号如何合理设计科学载荷、制定科学目标等具有一定的借鉴意义.

摘要：电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)的监测与预报是空间环境研究的重要内容,对卫星通讯和导航定位等有重要意义.TEC值影响因素较多,很难确定精确物理模型来对其进行预测.本文设计了基于注意力机制的LSTM模型(Att-LSTM),采用过去24小时TEC观测数据对未来TEC进行预测.选择北半球东经100°上,每2.5°纬度选择一个位置,共计36个位置来验证本文提出模型的性能,并与主流的深度学习模型如DNN、RNN、LSTM进行对比实验.取得了如下成果:(1)在选定的36个地区未来2小时单点预测上,基于本文的Att-LSTM模型的TEC预测性能明显优于其他对比模型;(2)讨论了纬度对Att-LSTM预测未来2小时TEC值时性能的影响,发现在北纬0°到60°之间,Att-LSTM预测性能随着纬度的升高而略有降低,在北纬62.5°~87.5°之间,模型预测性能出现扰动,预测效果略差;(3)讨论了磁暴期和磁静期模型的预测性能,发现无论是磁暴期还是磁静期,本文模型预测性能均较好;(4)还讨论了对未来多时点预测效果,实验结果表明,本文所提出的模型对未来2、4个小时的预测拟合度R-Square均超过0.95,预测结果比较可靠,对未来6、8、10个小时预测拟合度最高为0.7934,预测拟合度R-Square下降迅速,预测结果不可靠.

摘要：自1989年美国Galileo探测器在探测木星的途中顺访了小行星951 Gaspra和243 Ida起,小行星探测已经逐渐成为各主要航天国家深空探测的重点目标之一.过去30年,小行星探测任务从飞掠探测到专访探测再到采样返回,探测类型愈加丰富,并逐步从单纯的科学探测发展到小行星防御与资源利用.中国预计在2025年发射天问二号,同时计划开展首次小行星防御任务.在此背景之下,本文详细分析了迄今为止小行星探测任务的历程、科学目标、科学载荷配置以及主要研究成果,并重点研究了日本Hayabusa和Hayabusa 2任务及美国OSIRISREx任务的样品储存管理、分配经验和返回样品实验室初步分析流程,以期对中国未来小行星探测任务的设计和实施提供参考.设计低成本、多频次采样返回任务;统筹任务规划,注重加强任务之间的配合;加强科学团队建设是更好地规划中国未来小行星探测任务的要点.

摘要：为充分挖掘矿床勘查大数据价值,提升矿床勘查效率,本文从分析矿床勘查大数据、总结矿床勘查流程出发,提出了利用人工智能技术驱动“勘查活动–勘查大数据–勘查标识体系”三元智能循环的新型智能矿床勘查指导系统研究思路,设计了5层系统体系结构,并提出了“人工智能+微服务+云化部署”的技术路线,构建了涵盖数据采集处理、标识体系构建、预测区圈定与勘查指导方案生成等在内的八大功能模块,并对系统的多元应用形态、应用流程进行了展望。新型智能矿床勘查指导系统是服务矿床勘查活动的未来形态的综合信息系统,探索并构建该系统对于推动矿床勘查智能化进程具有现实意义。

摘要：海洋磁测仪是用于各水域中探测磁场的一种高精度磁异常探测器.与发达海洋国家相比,我国的海洋磁测仪器整体水平尚有较大差距,市场占有率较低.本文针对现存的问题和困难点,通过对传统海洋磁测仪的广泛调研和大量研究,从设计的视角研究了海洋磁测仪的发展与更新换代,借助工业设计的方法对传统托鱼从设计上进行创新和改进.整个设计过程主要有两大创新点:(1)托鱼造型语言的更新换代;(2)降低托鱼丢失率的防丢设计.本文的研究对我国海洋磁测仪的设计及发展提供一种新的解决方案.

摘要：近年来,“两宽一高”——宽频带、宽方位和高密度——三维地震采集技术极大地提升了地震勘探的能力和精度,在岩性油气藏地区取得了明显的应用效果,也对地震采集观测系统设计提出了更高的要求.如何在现有的成本限制和装备条件下,根据具体工区的地质地球物理条件来选择合适的“两宽一高”采集观测参数以实现最佳的勘探效益,已成为当前地震勘探中迫切需要解决的瓶颈问题之一.基于此,本文首先回顾了点绕射聚焦分析的基本原理,随后给出一种新的复杂介质多频率快速聚焦分辨率定量分析方法.基于该理论,我们以一个典型的陆上三维地震勘探采集方案和速度模型为例,系统地研究了“两宽一高”地震资料偏移成像分辨率随着关键采集参数的变化规律,给出了不同条件下分辨率的理论极限值及其所对应的采集参数的临界点值.此外,我们也提出了一种新的采集参数和子波频谱的交汇定量分析方法,进一步阐明了采集参数和子波频谱参数之间的定量关系,为复杂接收激发条件下采集观测系统设计提供了新的理论依据.

摘要：本文采用高效集合卡尔曼滤波(EnKF)算法和背景场热层电离层理论模式NCAR-TIEGCM,开发了热层电离层数据同化系统.基于全球空地基GNSS电离层斜TEC观测、CHAMP和TIMED/GUVI热层参量观测构型设计了系列观测系统模拟实验,对热层参量进行估计.实验结果表明,(1)通过集合卡尔曼滤波算法同化电离层TEC观测能够较好地优化热层参量.(2)中性质量密度优化效果在整个同化阶段均有提升,提升百分比能达到40%.(3)积分氧氮比在同化阶段也能得到较好的优化,但在电子密度水平梯度变化剧烈区域效果较差.最后本文对中性质量密度进行了预报评估,结果表明,由于中性成分优化,在地磁平静条件下其预报时间尺度可长达24h.

摘要：沙尘暴会对火星表面探测器带来发电量减少、环境温度降低、通信不稳定和仪器污染等方面的影响.为保障我国祝融号火星车的安全运行及未来火星表面探测任务的顺利开展,亟须评估沙尘暴对火星表面探测器的影响.通过系统性地回顾1997~2018年间火星表面探测器(包括着陆器与火星车)对沙尘的响应,初步认清了沙尘对火星表面探测器的影响规律——探测器太阳能电池阵列表面的尘埃以比较稳定的速率积累,而尘埃的沉积速率在沙尘暴期间,尤其是全球性沙尘暴期间会大大加快;同时,受多方面影响,电池阵列表面也会发生具有季节性模式的除尘事件.为规避沙尘暴带来的风险,在美国洞察号着陆器(InSight)的设计阶段就全面评估了沙尘暴对其着陆硬件系统及太阳能电池阵列的影响,并采取了一系列应对措施.洞察号应对沙尘暴的举措为我国未来的火星采样返回任务提供了重要启迪——前瞻性的科学指导是保障工程任务成功实施的关键.通过分析我国火星采样返回任务的初步轨道设计方案,建议未来火星探测器发射的最优窗口为2028年1月左右,以合理规避沙尘暴带来的风险.

摘要：强震区岩体的稳定性问题尤为突出,岩体稳定性受控于岩体结构。本文以云南鲁甸国道公路沿线崩塌危岩体为例,提出直接利用点云数据进行结构面可视化识别和特征信息快速提取的方法。首先,采用随机Hough算法和Fuzzy C-means(FCM)算法对点云数据进行聚类分析,再利用Fast-Marching算法对优势结构面进行三维重建,从而实现对岩体结构面几何信息和空间分布状态的特征提取。在结构面特征提取的基础上,结合HSV技术对研究区原位危岩块体进行识别和统计,并采用Monte Carlo模拟获取研究区原位块体体积分布。最后,对研究区进行运动学分析以判断危岩块体的失稳破坏模式。研究成果对强震区公路危岩体的调查与评价以及防护结构能级设计具有一定参考价值。