[發明專利]針對太陽射電爆發干擾導航通信事件的快速預警系統

在審

• 申請號: 201711264128.9
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN107820311A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 董亮;黃文耿;屈會鵬;閆小娟;張從發;劉勝利;汪敏;候小謹;劉四清;郭少杰;高冠男;袁曉偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院云南天文臺
• 主分類號: H04W52/24
• 分類號: H04W52/24;H04B17/345;H04B7/185;G01S19/21;G01S19/01
• 代理公司: 昆明大百科專利事務所53106
• 代理人: 蘇蕓蕓

技術領域

本發明屬于衛星運行監控領域，具體涉及一種基于空間高能觀測及星間通信技術針對太陽射電爆發干擾導航通信事件的快速預警技術，適用于太陽射電爆發干擾衛星信號事件的預警、預報工作。

背景技術

太陽是距離地球最近的恒星，在傳遞給地球光和熱的同時，其活動也在各個方面影響著人類的生產、生活，以及人類依存度越來越高的技術體系。

人類目前主要依賴無線電波來進行星地-空通信，頻率范圍從數MHz直至數十GHz。國際上廣泛使用的全球衛星導航定位系統(GPS、GLONASS、北斗等)，通過多顆衛星為地面設備提供定位、授時等服務，在軍事、科考、海洋油氣田鉆探等領域發揮著巨大的作用。導航衛星的發射功率一般只有十幾瓦到幾十瓦左右，所使用的頻段，一般在L和S頻段。當導航電波到達地面時，接收到的信號功率大約只有-130dBm左右，其強度非常微弱，因此，地面上的接收信號很容易受到周圍環境的干擾。排除人為的蓄意干擾外，自然界中導航衛星信號的主要干擾源有兩種，一種是當GPS信號穿過電離層時，電離層中的小尺度不規則體引起無線電波的散射，造成導航信號強度和相位快速的無規則起伏和波動，這種現象稱之為電離層閃爍；另一種是來自太陽射電的直接干擾。太陽射電暴期間，太陽射電輻射(無線電)會突然大幅度增加，如果爆發的頻段覆蓋了導航信號的頻率，就會對GPS造成不同程度的射電干擾，主要表現為信噪比下降。觀測表明，強太陽射電爆發能顯著干擾導航電波的接收，嚴重時能造成接收機失鎖、甚至完全中斷，使得應用系統失去導航、定位、授時等基本功能。因此，包括美國GPS和我國北斗系統在內的太陽射電噪聲干擾問題一直是影響衛星導航系統性能的重要影響因素。

太陽射電爆發的輻射強度會達到寧靜時(約100S.F.U.，1S.F.U.＝10^-22w/Hz m²)的數十倍，甚至數千倍。以2012年3月5日的爆發為例，在1.0和2.0GHz頻點的輻射強度分別達到501812和18958S.F.U.(見圖2)

射電暴影響GPS的流量最小閾值一般認為在4000S.F.U.左右，2006年12月太陽日面爆發了一系列事件，其中在12月日和13日有兩次較強的L波段太陽射電爆發。圖3-4是L1、 L2兩個GPS通信頻點的太陽射電流量、載噪比變化、單站所能收到的GPS衛星數量以及全球地面站失鎖和定位誤差等情況，發現兩頻點射電流量的變化與載噪比呈很好的正相關性。

利用已有觀測頻點數據統計不同頻率點太陽活動的流量異常與GPS信號失鎖時間的關系，不難發現在1415MHz頻率上的太陽射電流量異常與GPS導航信號失鎖關聯性最大，這與 GPS工作頻段有密切關系，結果如圖5所示。

圖6明顯看出，此次射電暴期間，我國的昆明、臺灣、武漢、北京等GPS臺站發生明顯失鎖現象，而且多個臺站、多顆GPS衛星信號完全中斷長達6分鐘，射電暴期間，多個臺站鎖定的衛星數目小于4顆，使得GPS實時定位服務完全失效；

我們對日本野邊山射電望遠鏡(Nobeyama Radio Polarimeters)在23周峰年(2000-2005) 極大期6年間觀測到的太陽射電爆發進行過粗略統計。在觀測到456個爆發中，流量高于 1000S.F.U.的有75個，在低頻段(1.0、2.0和3.75GHz)流量高于1000S.F.U.的共計37個。考慮到NORP每天觀測9小時，如按24小時計算，在峰年極大期間，年均發生可能影響GPS 的爆發的數量大約是16個。這不論從強度和頻度來看，都是相當可觀的，可見太陽射電爆發是衛星導航通信必然的影響因素之一。

發明內容

本發明提供了一種基于空間高能觀測及星間通信技術針對太陽射電爆發干擾導航通信事件的快速預警系統，主要適用于從多個能段對太陽爆發事件進行觀測，通過不同能段流量的異常預警在微波頻段太陽爆發對衛星導航、通信信號帶來的影響。

本發明針對太陽射電爆發干擾導航通信事件的快速預警系統包括集成于監測衛星上的發射裝置、集成于導航通信衛星上的接收裝置、信號增益調節裝置，信號增益調節裝置集成于導航通信衛星上，其中集成于監測衛星上的發射裝置由一個以上的帶有放大電路的X射線探測器、信號處理系統、信號發射器、發射天線依次連接組成，集成于導航通信衛星上的接收裝置由接收天線、信號接收器連接組成；發射天線與接收天線連接，信號接收器與信號增益調節裝置連接。