[發明專利]一種用于星載的甚低頻太陽射電觀測系統

有效

• 申請號: 201910256320.6
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109856464B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 閆小娟;董亮;敦金平;汪敏;楊鳳輝;高冠男;郭少杰
• 申請（專利權）人: 國家衛星氣象中心（國家空間天氣監測預警中心）;中國科學院云南天文臺
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08;G01R1/18;G01R1/02
• 代理公司: 昆明大百科專利事務所 53106
• 代理人: 蘇蕓蕓

本發明公開了一種用于星載的甚低頻太陽射電觀測系統，其針對100KHz?20MHz的低頻太陽射電信號進行觀測，其包括三個電場傳感器、三套模擬接收機、數據采集處理模塊、時頻模塊、電源模塊、存儲模塊；三個電場傳感器分別與三套模擬接收機連接，三套模擬接收機、時頻模塊分別與數據采集處理模塊連接，數據采集處理模塊與存儲模塊連接，數據采集處理模塊、三套模擬接收機分別與電源模塊連接；本發明系統可以判斷日冕拋射物質的運動情況，可以對未來的空間天氣事件進行預測、預判。

技術領域

本發明涉及一種用于星載的甚低頻太陽射電觀測系統，適用于基于衛星平臺的100KHz-20MHz頻段太陽射電觀測，采用空間正交三維電場傳感器可以探測日冕拋射物質CME在三個維度上的電磁波，進而判斷CME的運動方向。

背景技術

太陽是與人類生產生活關系最密切的天體，它的光和熱溫暖著地球，提供著地球上一切生命活動所必須的適當環境。太陽又是非常活躍的天體，經常會有劇烈的活動和爆發現象。針對大量的太陽爆發事件，包括耀斑、日冕物質拋射(CME)、暗條/日珥爆發和噴流等等，人們開展了大量的觀測和理論研究。其中，耀斑和日冕物質拋射(CME)是最劇烈的太陽爆發現象。在紫外和X射線波段，耀斑以超過平時太陽輻射幾十萬倍的強度產生紫外和X射線輻射，對地球電離層造成劇烈擾動，直接影響地面上的短波無線電通訊。而日冕物質拋射(CME)攜帶大量的等離子體物質，以超過千公里每秒的速度拋向行星際空間，對日地空間環境和地磁場產生劇烈擾動，不僅影響了通訊、導航、空間飛行器的發射和運行、宇航員和跨越極區飛行人員的健康，而且影響了遠距離電力輸送網絡和油氣輸運管道的安全等等，對人類的生產生活造成了很多不利的影響。

太陽風暴是以強太陽耀斑和日冕物質拋射為代表的太陽爆發事件掃過行星際空間，在行星際空間中傳播、發展、相互作用并影響空間環境的整個物理過程。太陽風暴源于太陽大氣中復雜的電磁相互作用，極具破壞性和突發性，就像地球大氣中的龍卷風、臺風和強熱帶風暴。太陽風暴中劇烈增長的太陽電磁輻射嚴重影響日地環境，并導致人類電子技術系統的癱瘓。由于太陽電磁輻射方面的研究，不僅有助于人們了解太陽風暴的物理本質，而且有助于人們對太陽風暴引發的災害性空間天氣進行預報和預警。

災害性空間天氣或太陽風暴通常是由太陽耀斑和CME引發的，因此對災害性空間天氣的預報和預警需要對太陽耀斑和CME進行實時和全天候的監測。射電是太陽風暴的即時響應，當強耀斑和日冕物質拋射發生時，射電流量會隨之增強的現象稱為太陽射電爆發，在米波、十米波至千米波段，射電爆發以相干等離子體輻射為主導，等離子體輻射的性質決定了，不同的射電爆發的發生頻率對應不同的日冕位置和物理環境，根據其頻譜形態可以將太陽射電暴分為I、II、III、IV、V型射電暴及其伴隨的精細結構。其中，II型射電暴是CME激波的最佳示蹤器。CME在日冕和行星際空間快速運動，當CME的速度超過本地的阿爾芬速度時，會產生CME激波，CME激波在日冕儀上很難被觀測到，因此當CME的運動范圍超過日冕儀的觀測范圍時，或者由于CME正對地球而來，日冕儀上沒有任何響應時，探測CME激波成為唯一可以了解CME的手段，因此對II型射電暴(即：CME激波的示蹤物)的觀測，對災害性空間天氣的預警預報具有重要的實用價值；III型射電暴是高能電子束在日冕中運動的最佳示蹤器，由于它反映了太陽爆發能量釋放和粒子加速等物理過程，因此是耀斑/CME等太陽爆發的先兆；射電精細結構則反映了太陽爆發時日冕中微小的能量釋放過程和日冕磁場小尺度變化過程。

十米波、百米波和千米波(或者低于30MHz以下的射電頻率范圍，目前被重新定義為ultra-long?wavelength(ULW))，屬于甚低頻射電的觀測范疇。在這個波段所觀測到行星際II型射電暴和III型射電暴可以追蹤行星際的CME激波以及高能電子束，根據日冕密度模型還可以預測CME/激波的速度和到達地球的時間，因此甚低頻的射電觀測在空間天氣的預報和預警方面，有不可替代的作用。而由于地球大氣對電磁波的吸收和反射作用，對于甚低頻的觀測必須在地球大氣外的空間觀測，目前國內還沒有該頻段的觀測。因此，隨著我國對空間天氣的預警預報需求的提高，建立我國的甚低頻空間天氣射電頻譜儀顯得尤為重要。

發明內容