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World File Search System地球磁场
Microsoft Word - Det_HB_Aug2007_pt1__Larry_email8_30_07_.doc
图表列表 图 1。组合技术传感器。（照片由瑞士 U ZNACH 的 ASIM T ECHNOLOGIES 提供）。.................................................................................................................................... 3-3 图 2。单车道和多车道高速公路的路管配置。（照片由俄勒冈州塞勒姆的 T IME M ARK , IN C . 提供）。........................................................................................................... 4-2 图 3。JAMAR TRAX-III 计数器的前面板显示。（图片由宾夕法尼亚州霍舍姆的 JAMAR T ECHNOLOGIES, IN C. 提供）...................................................................................................... 4-3 图 4。感应环路检测器安装的主要组件............................................................................................. 4-4 图 5。铁质金属车辆中的磁偶极子引起的地球磁场中的磁异常。................................................................................................................................... 4-7 图 6。当车辆进入并穿过磁传感器的检测区时，地球磁场的畸变。（绘图由 N U-M ETRICS，UNIONTOWN，PA 提供）。4- 8 图 7。双轴和三轴磁通门磁力计传感器。............................................................................. 4-10 图 8。感应磁力计传感器。................................................................................................ 4-11 图 9。安装在路基中的铝槽中的 V IBRACOAX 压电传感器。（图纸由 IRD, I NC ., S ASKATOON , SK 提供）。................................................................................ 4-13 图 10。安装在路基中的 ROADTRAX 压电 BLC 传感器（ROADTRAX，1995-1996）。.................................................................................................... 4-14 图 11。B 端板传感器。（照片由 IRD, IN C., SASKATOON, SK 提供）。.................... 4-23 图 12。B 端板或 WIM 系统称重传感器（典型）............................................................................. 4-24 图 13。LINEAS 石英传感器（图纸由瑞士 INTERTHUR 的 K ISTLER INSTRUMENTS AG 提供）。带有全长压电传感器的 WIM 安装 ...................................................................................................... 4-25 图 14。................................................................................................................................. 4-26 图 15。电容垫传感器连接到数据分析设备。（照片由 L OADO M ETER , C ORP ., BALTIMOER , MD 提供）............................................................................................. 4-28 图 16。三线视频图像处理器。................................................................................................... 5-3 图 16。视频图像处理器（也称为机器视觉处理器）........................................ 5-3 图 17。视频图像处理器（续）。................................................................................................ 5-3 图 18。用于车辆检测、分类和跟踪的概念图像处理。(K LEIN , 2006) .................................................................................................................................................... 5-5 图 19。四个 VIP 和电感环路检测器的车辆数量比较 ........................................................................ 5-9 图 20。车辆速度与 .照明 VIP 测试结果 ............................................................................................. 5-11 图 21。车辆数量与 .照明 VIP 测试结果 ............................................................................................. 5-11 图 22。车辆数量与 .速度 VIP 测试结果 .................................................................................. 5-12 图 23。微波雷达操作。......................................................................................................... 5-14 图 24。使用 FMCW 微波存在检测雷达进行速度测量 ........................................... 5-15 图 25。FMCW 微波存在检测雷达的侧装配置说明多车道车辆检测。（照片由加拿大多伦多 EIS 提供）...................................................................................................................................... 5-16 图 26。恒定频率波形...................................................................................................................... 5-17 图 27。多普勒微波雷达传感器。................................................................................................ 5-17 图 28。存在检测微波雷达传感器 ........................................................................................ 5-18 图 29。激光雷达光束几何形状。（绘图由 OSI Laserscan 公司提供，佛罗里达州奥兰多）.......... 5-18 图 30。激光雷达传感器。........................................................................................................................... 5-18 图 31。被动红外传感器 ............................................................................................................................. 5-20 图 32。车辆和路面发射和反射能量 ............................................................................................. 5-21 图 33。被动红外传感器中的多个检测区域配置 ............................................................................. 5-21 图 34。超声波传感器 ............................................................................................................................. 5-25 图 35。超声波测距传感器的安装。（由密歇根州安娜堡的微波传感器公司提供）...................................................................................................................................... 5-26 图 36。声学阵列传感器。......................................................................................................................... 5-29
空间物理学职业的经验教训
我在多伦多长大，20 世纪 40 年代中期开始上学。我并不是一个特别优秀的学生，我对下棋比赛的兴趣可能比对学校教的科目更浓厚。尽管如此，我相信下棋学到的东西可能至少和学校教的东西一样重要。在我从事空间物理学的工作中，能够想象三维复杂场景并提前思考几步的能力是一项独特的优势。当我上大学时，我选择进入多伦多大学的 MPC（数学、物理和化学）专业。这似乎是个不错的选择，因为我的三个哥哥都是大学毕业并获得物理学博士学位的。在头三年，我最多只是一个平庸的学生。后来，一次幸运改变了一切。在三年级和四年级之间的暑假，我第一次在科学实验室工作，制造设备并参与了第一台脑部扫描机的研发。我以优异的成绩完成了最后一年的学业，并进入了研究生院。在攻读硕士学位期间，我设置了磁强计阵列来研究安大略省南部的地下电导率。我本应该研究地球的感应电流，但我想知道是什么感应了这些电流。我在阿金库尔磁力观测台花了很多时间观察磁力图，过了一段时间，我开始看到一些模式。我实际上是在观察现在被称为亚暴的磁特征——在当时它们被称为磁湾。当我被说服去不列颠哥伦比亚大学攻读博士学位，研究地球磁场的扰动时，我已经着迷了。这就是我从事空间物理学事业的原因。1966 年获得博士学位后，我研究地磁脉动，在瑞典斯德哥尔摩的皇家理工学院做了博士后
空间功率和能量的边界
空间方面，包括空间探索，商业化和殖民化，需要大量的功率和能量。是空间和体内推进，栖息地和运输，原位资源利用（ISRU），制造，生命支持，机器人技术，卫星，传感器和建筑所必需的。当前正在应用的功率和能源正在开发中，包括太阳能，化学燃料，放射性同位素热电发生器（RTG）核电池和裂变核反应堆。每种问题都有问题，包括降低太阳强度，距离太阳，并且由于灰尘，ISRU资源处理要求，储存，化学燃料的转移以及当前核方法的重量，能量密度和安全性[参考。1]。替代能源可以降低成本和体重，并提高安全性，效率和功能。特别有趣的替代方法包括最近发明的非常高的能量密度，低重量核电池的能量密度比RTG高的数量级和比反应堆要高的数量级要高，该反应器的重量较小，其从毫克到数十兆瓦的反应器。这种方法似乎能够为所有与太空相关的东西提供动力，从小型传感器到Vasimir，它将提供6,000秒ISP的快速，200天的火星往返。此外，该电池可以为地球磁场的工作动力，从而通过空间内制造收集空间碎片并重新利用这种碎片。此外，还有更高效且较小的多相散热器方法。其他边界功率和能量方法包括再生，通过各种能量转换方法利用热量损失，以提高效率，降低体重以及能量产生和拒绝系统的成本。有无数的能量储能方法，除了化学品之外，还有包括正电子的外观，它们的能量密度比裂变的数量级高，没有残留辐射和负担得起的。该报告将首先讨论当前的NASA Energetics技术，然后讨论上面提到的各种前沿空间功率和能量替代方案。
微型原子磁传感器在军事系统中的应用
新一代微型超高灵敏度原子磁强计正在开发中，并被集成到军事系统中。这些新系统汇集了微机电系统、原子物理学、光学、电磁学和数据采集方法方面的进步，在总磁场灵敏度方面实现了创纪录级别的性能，同时实现了尺寸、重量和功率的大幅降低。非常小规模的传感器（大约几立方厘米）已经在标量和矢量模式下进行了演示，并集成到各种国防应用的设计中。我们的工作重点是将这些传感器实际集成到操作平台中。在工作环境中使用这些传感器有许多意义，例如优化信噪比、检测概率和误报缓解。开发在地球磁场中有效运行的工作传感器模块和平台以用于各种军事目标检测、定位和特性描述任务的挑战是巨大的。我们研究了平台和环境噪声的缓解以及传感器阵列和相关数据采集系统的开发。除了建模和模拟之外，我们还通过初步实验数据研究了传统低频磁力测量的变化和增强。特别是，我们讨论了传感器控制、目标地理定位和数据处理的独特部署概念。重点放在针对平台子集（小型无人地面、无人水下和无人驾驶飞行器）和感兴趣的目标定制的具有特定带宽灵敏度的原型上。应用包括用于海底和地下威胁检测的配置 - 特别是与固定或移动爆炸物和紧凑金属目标（如弹药、简易威胁装置、潜艇和其他危险物体）相关的配置。我们展示了微型磁传感器的当前和未来功能的潜力，包括非常高的磁场灵敏度、带宽选择性、源场控制和阵列处理。
技术评估 - GAO
简介 2018 年 12 月 19 日 尊敬的 Ron Johnson 主席 尊敬的 Claire McCaskill 资深成员 国土安全和政府事务委员会 美国参议院 地磁扰动 (GMD) 是太空天气的结果——太阳系中由太阳辐射驱动的状况。指向地球的太阳辐射与地球磁场相互作用，可导致 GMD，从而扰乱各种技术的正常运行，包括卫星、通信网络和导航系统。极光是 GMD 最明显的指标之一。当太空天气足够严重时，它会引起大规模的 GMD，从而扰乱美国电网的可靠运行。电网（由电力线和其他基础设施组成的发电、输电和配电系统）的可靠性一直是国家关注的长期领域。1 2001 年《关键基础设施保护法》规定，私营企业、政府和国家安全机构依赖于一个相互依存的关键物理和信息基础设施网络，包括能源部门，并制定政策“任何对美国关键基础设施运行的物理或虚拟中断都是罕见的、短暂的、影响在地理上有限的、可控的，并且对经济、人力和政府服务以及国家安全的危害最小。” 它进一步将“关键基础设施”一词定义为“对美国至关重要的系统和资产，无论是物理的还是虚拟的，这些系统和资产的失效或破坏都会对安全、国家经济安全、国家公共卫生或安全，或这些问题的任何组合产生破坏性影响。” 2 随后，关于关键基础设施安全和恢复力的总统政策指令 21 将能源部门（包括电力子部门）确定为具有独特关键性，因为它为所有关键基础设施部门提供了支持功能。3 进一步明确了联邦政府在能源领域的几个关键角色。
达尔格伦定向能工作的历史概述 - DTIC
1962 年，美国在太平洋上空 250 英里处引爆了一枚百万吨级核武器。爆炸导致高层大气中电子严重失衡，并与地球磁场相互作用，在太平洋大片地区产生振荡电场。这些场的强度足以损坏一千英里外夏威夷的电子设备，并清楚地展示了电磁脉冲 (EMP) 的影响。军方不久就开始考虑如何在不使用核武器的情况下制造这种脉冲。20 世纪 60 年代末，达尔格伦海军武器实验室的特殊应用部门开始研究如何产生高功率振荡电场，这种电场可用作破坏敌方电子设备的武器。这些设备基本上是无线电早期使用的老式火花隙发射器的高功率版本。为了构造一种能够产生类似核电磁脉冲场的装置，需要将储存的电能转换为射频 (RF) 能量，然后通过天线穿过大气层辐射到目标。这些装置通常将能量储存在高压电容器中，并使用火花隙开关快速释放能量。然后，这会在天线上驱动振荡电流，使其辐射。为了达到核电磁脉冲的典型场强数千伏/米，需要工作电压为数十万伏或更高的装置。20 世纪 70 年代初，人们研究了许多辐射装置。大多数都属于一类称为赫兹振荡器的装置。电容器被充电至高电压，开关闭合，电流在电路中流动，导致储存的能量在电容器的电场和电感器的磁场之间振荡。要将电容器充电到极高的电压，必须使用某种类型的升压变压器。最常用的倍压器之一是马尔克斯发生器。内部电阻和外部辐射的损耗通常会在几个周期后衰减振荡波形。因此，辐射脉冲的时间很短，频率成分很宽。1 图 1 显示了电感电容振荡器（LC 振荡器）的简单示意图。
NASA简史
“一项旨在研究地球大气层内外飞行问题和其他目的的法案。”凭借这个简单的序言，美国国会和总统于 1958 年 10 月 1 日成立了美国国家航空航天局 (NASA)。NASA 的诞生与国防压力直接相关。第二次世界大战后，美国和苏联卷入了冷战，这是一场围绕不结盟国家意识形态和盟友关系的广泛竞争。在此期间，太空探索成为竞争的主要领域，被称为太空竞赛。在 20 世纪 40 年代后期，国防部开展了火箭和高层大气科学研究，以确保美国在技术领域的领先地位。美国总统德怀特·艾森豪威尔批准了一项计划，将一颗科学卫星送入轨道，作为 1957 年 7 月 1 日至 1958 年 12 月 31 日国际地球物理年 (IGY) 的一部分，这是一项收集地球科学数据的合作努力，这标志着向前迈出了重要一步。苏联迅速效仿，宣布了其卫星的轨道计划。1955 年 9 月 9 日，海军研究实验室的先锋计划被选中支持 IGY 工作，主要是因为它不会干扰高优先级的弹道导弹开发计划。它使用非军用维京火箭作为基础，而陆军提议使用红石弹道导弹作为运载火箭。1955 年下半年和 1956 年全年，先锋计划都备受关注，但该计划的技术要求太高，而资金水平太低，无法确保成功。1957 年 10 月 4 日，苏联发射了世界上第一颗人造卫星 Sputnik 1，作为其 IGY 参赛作品，引发了一场全面危机。这给美国舆论带来了“珍珠港”效应，制造了技术差距的假象，并推动了增加对航空航天事业、技术和科学教育计划的支出，以及成立新的联邦机构来管理航空航天研究和开发。更直接的是，美国于 1958 年 1 月 31 日发射了第一颗地球卫星，当时探险者 1 号记录了环绕地球的辐射区的存在。这些区域受地球磁场影响，被称为范艾伦辐射带，部分决定了大气中的电荷和到达地球的太阳辐射。20 世纪 50 年代末和 60 年代初，美国还开始了一系列月球和行星科学任务。作为斯普特尼克号危机的直接影响，NASA 于 1958 年 10 月 1 日开始运营，将之前的美国国家航空咨询委员会原封不动地并入其中：其 8,000 名员工、每年 1 亿美元的预算、三个主要研究实验室（兰利航空实验室、艾姆斯航空实验室和刘易斯飞行推进实验室）和两个较小的测试设施。它迅速将其他组织纳入新机构，尤其是海军的空间科学组
结合超高灵敏度和耐环境性的超导磁传感器研究
1.委托工作目的（1）研究课题的最终目标本研究的目的是实现一种具有高抗磁场能力和磁场灵敏度的高温超导SQUID磁传感器，主要针对磁场偏差型（梯度仪）传感器配置方法和制造技术进行基础研究。为此，在三年的工作中，我们对采用高性能约瑟夫森结技术的交叉布线和氧化物薄膜堆叠技术等制造技术进行了研究，这些技术是在波动磁场下稳定工作和高灵敏度的关键。首先，优化包括接合阻挡材料在内的制造条件。在这些优化的制造条件下，我们将制造和评估磁场偏差型传感器，并建立一种构建高平衡和高灵敏度磁场偏差型传感器的方法。此外，以实现高温超导SQUID磁传感器在密闭容器中长期稳定运行为目标，我们还将开展传感器冷却和安装方法的基础研究。我们主要研究了液氮和小型冰箱相结合的冷却方法，研究了最大限度减少外部热量流入的实施方法、冰箱的排气热处理方法和降噪方法，目的是获得有关冷却和安装方法的知识。使传感器长期稳定运行。 作为本研究最终目标的高温超导SQUID磁传感器的性能如下。 ・磁场调制电压宽度：平均 60 µV 以上（在磁屏蔽室中测量） ・磁场偏差型传感器的不平衡：1/10 4 以下（在磁屏蔽室中测量） ・磁场偏差灵敏度（@ 1 kHz)：1 pT/(Hz) 1/2 m 或以上（传感器噪声在磁屏蔽室内测量，磁通-电压转换系数在磁屏蔽室外测量）关于冷却和安装技术，以下是最终目标。 ・将在常压室温环境和地球磁场中对内置于密封容器中的高温超导SQUID磁传感器进行连续运行测试，并确认三天或更长时间的稳定运行。 (2) 为了实现最终目标必须克服或澄清的基本问题 为了实现最终目标必须克服的基本问题如下。 ①耐高磁场高温超导SQUID磁传感器配置方法的建立①-1 SQUID基本性能的提高SQUID磁传感器是一种宽带矢量传感器，以超高灵敏度检测与检测线圈交联的磁场，与其他磁性传感器类似，它具有其他磁性传感器所没有的功能。当使用SQUID作为磁传感器时，形成包括磁通锁定环电路（以下称为“FLL电路”）的反馈环路以使输出线性化，并且如果磁场波动较大，则工作点被固定（锁定）。随着时间的推移，反馈将无法跟随它，并且工作点会波动（失锁），从而无法进行连续测量。因此，当使用SQUID磁传感器，特别是使用一个检测线圈的磁力计传感器（磁力计）时，在地磁准静止条件下，例如在没有较大姿态变化的海底，或者当在电磁场施加磁力时使用对于勘探或无损检测领域来说，对磁场波动的跟踪能力（能够保持锁定状态的磁场随时间变化的最大dB/dt，以下简称“间距”）非常重要。有必要提高成卷率。对于稍后将讨论的磁场偏差型传感器，这也是提高对磁场不平衡分量的时间波动和意外电磁噪声的抵抗力的重要问题。转换速率取决于FLL电路的带宽，但它与磁场调制电压宽度（V）成正比，这是SQUID的基本性能。另一方面，V是SQUID基本规则