太陽(yáng)風(fēng)與地磁層的相互作用觀測(cè)是空間天氣監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵。即將發(fā)射的“太陽(yáng)風(fēng)-磁層相互作用全景成像（SMILE）”和“月球環(huán)境日光層X(jué)射線成像儀（LEXI）”任務(wù)，均搭載了軟X射線成像儀（SXI），將對(duì)地球磁層進(jìn)行全面的全球成像。這些任務(wù)的目標(biāo)是更深入地解析地磁層對(duì)太陽(yáng)風(fēng)擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。然而，短時(shí)X射線成像受制于宇宙X射線背景和泊松噪聲影響，信噪比（SNR）較低，難以提供清晰的磁層結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。而長(zhǎng)時(shí)間積分的X射線成像盡管可以提供較高的信噪比，卻無(wú)法捕捉到積分時(shí)間內(nèi)的磁層快速動(dòng)態(tài)變化。

圖1 從航天器（或月球）觀測(cè)位置變化的觀測(cè)幾何以及磁鞘狀態(tài)的變化示意圖

近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李大林副研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合太陽(yáng)活動(dòng)與空間天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的孫天然研究員團(tuán)隊(duì)，提出了一種基于OMNI太陽(yáng)風(fēng)參數(shù)和SXI模擬觀測(cè)的自適應(yīng)X射線動(dòng)態(tài)圖像估計(jì)方法。研究成果發(fā)表于空間科學(xué)領(lǐng)域期刊《Space Weather》上，第一作者是中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心博士研究生王榮聰，通訊作者是李大林副研究員，孫天然研究員。

該方法依托高時(shí)間分辨率的OMNI太陽(yáng)風(fēng)數(shù)據(jù)及低時(shí)間分辨率的軟X射線模擬圖像，以自適應(yīng)X射線圖像估計(jì)器（AXDI-Estimator）和時(shí)空判別器（ST-Discriminator）為核心，推斷出高時(shí)間分辨率的磁層動(dòng)態(tài)X射線圖像。更為重要的是，該方法具備靈活的時(shí)間間隔適應(yīng)能力（>3分鐘），能夠滿足多樣化的任務(wù)需求。

圖2 自適應(yīng)動(dòng)態(tài)X射線圖像估計(jì)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法在峰值信噪比（PSNR）和結(jié)構(gòu)相似性（SSIM）等關(guān)鍵指標(biāo)上遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的線性插值和光流插值方法，顯著提升了圖像質(zhì)量。，同時(shí)在圖像估計(jì)的一致性上具有極高的靈活性，能夠支持任意時(shí)間間隔的動(dòng)態(tài)磁層圖像估計(jì)任務(wù)，顯示出廣泛的應(yīng)用前景。

圖3 自適應(yīng)動(dòng)態(tài)X射線圖像估計(jì)結(jié)果

本項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)及中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心攀登計(jì)劃的資助支持。該成果為未來(lái)軟X射線觀測(cè)技術(shù)下的磁層動(dòng)態(tài)估計(jì)提供了新視角和重要借鑒。

文章鏈接

Wang,R.C., Jorgensen, A. M., Li,D., Sun, T., Yang, Z., & Peng, X. (2024). An adaptive X‐ray dynamic image estimation method based on OMNI solar wind parameters and SXI simulated observations. Space Weather, 22, e2024SW004040. https://doi.org/10.1029/ 2024SW004040.

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（供稿：系統(tǒng)室）