二维三维量仪

人类赖以生存的空间被地球内禀磁场形成的磁层保护着，磁层的外边界称为磁层顶。近些年，研究人员发现磁层顶附近区域在软X射线波段是明亮的。软X射线的辐射机制是太阳风电荷交换（Solar Wind Charge Exchange，简称SWCX）过程，即太阳风中高价重离子和地球大气逃逸的中性成分发生碰撞，由激发态向基态跃迁的过程中发出光子。因此，太阳风能到达的区域就会辐射X射线，而X射线波段明亮和黑暗的交界线就是太阳风发生绕流的边界，即磁层顶。基于此，中国科学院和欧空局联合提出了太阳风-磁层相互作用全景成像卫星项目（Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer，简称SMILE），对日下点附近的磁层顶、部分极尖区和地球极光进行成像探测，同时对磁场和等离子体进行原位测量，旨在揭示太阳风-磁层相互作用的基本模式，从系统尺度上深入认知太阳风-磁层-电离层耦合的基本物理过程。SMILE卫星计划于2024~2025年发射。在X射线二维图像数据和磁层物理规律的认知之间起到桥梁作用的是如何由图像数据分析出三维磁层顶位形。这是SMILE项目预先研究的核心内容。近日，中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室王赤院士与孙天然研究员总结了由磁层X射线二维图像反演三维磁层顶的四种方法，给出了磁层成像数据分析的“工具箱”。该综述文章总结了切向拟合法（Tangent fitting approach, TFA，图1）[Sun et al., 2020]、边界拟合法（Boundary Fitting approach, BFA）[Jorgensen et al., 2019a, 2019b]、切线方向法（Tangent direction approach, TFA）[Collier and Connor, 2018]、和计算机断层分析法（Computerized tomography approach, CTA）[Jorgensen et al., 2022, Wang et al., 2022]这四种方法的优点和局限，指明了各自的适用范围，如表1所示。天气室徐荣栏研究员、孙天然研究员与美国新墨西哥理工大学的Anders Jorgensen等人合作，给出了磁层顶反演的CT方法。针对CT方法，天气室孙天然与系统室李大林副研究员、博士生王荣聪等人开展合作，采用人工智能技术对轨道未能覆盖的观测角度进行图像补全，反演得到三维磁层顶位形，如图2。孙天然及合作者对磁层X射线研究进展进行了综述。表1 磁层成像数据分析的“工具箱”[摘自Wang and Sun, 2022]图1 采用切向拟合法TFA，由磁层X射线图像（左）反演三维磁层顶（右）[摘自Sun et al., 2020]图2 人工智能应用于CT反演方法。左、中图为X射线辐射率在子午面和赤道面的等值线，右图为三维磁层X辐射率反演结果 [摘自Wang et al., 2022]该系列成果发表在空间物理权威期刊Geoscience Letters、Journal of Geophysical Research等杂志上。研究得到了基金委重点项目、中国科学院前沿科学重点研究计划、空间科学战略先导计划、中国科学院研究基金和国家重点实验室专项研究基金、青促会优秀会员资助计划等的支持。References：1.Wang, Chi*, and Sun, Tianran* Methods to derive the magnetopause from soft X？ray images by the SMILE mission, Geoscience Letters, 9:30, 2022, https://doi.org/10.1186/s40562-022-00240-z 2.孙天然*，张颖洁，韦 飞，彭松武，尧中华，王赤*，地球磁层软X射线信号的辐射特性研究，地球与行星物理论评，2022，accepted3.Wang, Rongcong, Li Dalin*, Sun Tianran*, Peng Xiaodong, Yang Zhen, Wang J.Q., A 3D Magnetospheric CT Reconstruction Method Based On 3D GAN and Supplementary Limited-Angle 2D Soft X-ray Images. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2022, accepted4.Jorgensen, A. M.*, Xu, R., Sun, T., Huang, Y., Li, L., Dai, L., & Wang, C. A theoretical study of the tomographic reconstruction of magnetosheath X-ray emissions. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2022, 127, e2021JA029948. https://doi.org/10.1029/2021JA0299485.Sun T.*, Wang C.*, Connor H. K., Jorgensen A. M., Sembay S Deriving the magnetopause position from the soft X-ray image by using the tangent fitting approach Journal of Geophysical Research: Space Physics 2020, 125, e2020JA028169. https://doi.org/10.1029/2020JA0281696.Sun T. R.*, Wang C.*, Sembay S. F., Lopez R. E., Escoubet C. P., Branduardi-Raymont G., et al. Soft X-ray imaging of the magnetosheath and cusps under different solar wind conditions: MHD simulations Journal of Geophysical Research: Space Physics 2019, 124. https://doi.org/10.1029/2018JA026093 7.Jorgensen A. M., Sun T.*, Wang C., Dai L., Sembay S., Wei F., et al. Boundary detection in three dimensions with application to the smile mission: The effect of photon noise Journal of Geophysical Research: Space Physics 2019a, 124. https://doi.org/10.1029/2018JA0259198.Jorgensen A. M.*, Sun T.*, Wang C., Dai L., Sembay S., Zheng J. H., Yu X. Z. Boundary Detection in Three Dimensions With Application to the SMILE Mission: The Effect of Model-Fitting Noise Journal of Geophysical Research: Space Physics 2019b, 124. https://doi.org/10.1029/2018JA026124

日前，国家科学技术部发布了《科技部关于2013年度国家重大科学仪器设备开发专项项目立项的通知》，由中航工业科技与信息化部组织中航高科技发展有限公司(以下简称：中航高科)牵头承担的&ldquo 全视角高精度三维测量仪的开发和应用&rdquo 项目获得批复，这是中航工业首次获批国家级科学仪器开发和推广应用类项目。项目成功获批是中航工业基础技术板块践行&ldquo 科技立业&rdquo 与&ldquo 创新兴业&rdquo 发展方略、构建国际化开放协同科技创新体系的里程碑式进展。　　该项目计划研究周期3年，总经费6785万元。中航高科作为项目牵头单位，以中航工业北控所为第一技术支撑单位，联合德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会及哈尔滨工业大学、天津大学、北京交通大学、香港科技大学等高校，依托中航工业强度所、北京空间机电研究所、中国电科38所等应用单位，搭建产学研用一体的协同创新平台，开展仪器研制、工程化、产业化等工作。　　据了解，国家重大科学仪器设备开发专项旨在提高我国科学仪器设备的自主研发和制造能力，支撑科技创新，服务经济建设和社会发展。&ldquo 全视角高精度三维测量仪的开发和应用&rdquo 项目针对航空航天、大型雷达等重要应用需求，旨在攻克超高速、高分辨率线阵列视觉传感器和核心测量算法，研发具有实时、非接触、多点同步等功能的大尺寸精密测量仪器，建立视觉三维测量仪器的研发基地、生产基地和系统集成验证中心，打破国外技术垄断和仪器封锁，服务于我国大型工业装备的研发和制造。　　该项目前期经过了由国家科学技术部、中国航空工业集团公司以及第三方技术咨询、非技术内容评审、综合评议、预算评估和综合决策等多方面论证。中航工业科技与信息化部和中航高科高度重视，充分利用集团内外部资源，精心策划并组织专家审查把关，推动落实项目的立项论证工作。

川大智胜2013年11月15日公告,公司近日收到国家科学技术部批复的国家重大仪器设备开发专项项目任务书。公司申请的&ldquo 高速高精度结构光三维测量仪器开发与应用&rdquo 已批准立项。此次获批项目总预算7,692.94万元,其中国家专项拨款3,540.00万元,公司自筹资金4,152.94万元。项目建设期5年。项目总体目标:研发具有自主知识产权、功能健全、质量稳定可靠高速高精度结构光三维测量成套仪器等。　　公司是我国空管自动化行业唯一的上市公司,占据了国内航管雷达模拟机和程序管制模拟机市场95%以上的份额。近几年我国机场的新开工建设和改扩建建设都进入高速发展期,对空管自动化市场带来了发展空间,&ldquo 十二五&rdquo 期间,低空领域的开放和通用航空的发展将是大势所趋,公司业务或迎来集中爆发期。公司在图像图形及模式识别方面具有很深厚的技术积累,可以逐步将空管领域形成的技术、理念和方案,应用到地面交通管理系统中去,随着我国陆路交通的发展,公司的智能交通业务也处于快速发展期。此次获批的&ldquo 高速高精度结构光三维测量仪器开发与应用&rdquo 项目无论是应用于空管,还是地面交通管理,都有相对广阔的市场前景,随着项目未来推进,不仅有助于公司深化产业链,打造新的竞争优势,同时也将对公司业绩提供持续的增长空间。