基于空地联测预警太阳射电爆发干扰卫星通信的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于空地联测预警太阳射电爆发干扰卫星通信的系统，其包括搭载于在轨卫星平台的高能射线探测器系统、陆基太阳射电望远镜、计算机，搭载于在轨卫星平台的高能射线探测器系统包括高能射线探测器、信号处理器、收发信机Ⅰ，高能射线探测器通过信号处理器与收发信机Ⅰ连接，收发信机Ⅰ通过陆基太阳射电望远镜与计算机连接；本实用新型专利技术针对X射线爆发和射电爆发并不同步的物理本质，建立搭载于在轨卫星平台的高能射线探测器系统和陆基太阳射电望远镜均设置阈值信息互通机制，在某一频段观测流量超过阈值时，即向另一频段观测系统发出信息，做好相关准备，本装置能获得更加准确和可靠的预警信息，延长了预警时效，提高了预警效果。

The clearing system based on solar radio burst interference measurement early warning satellite communication

The utility model discloses a system for space based solar radio burst interference measurement early warning satellite communication, which includes carrying on the satellite platform high-energy x-ray detector system, solar radio telescope, ground-based computer, high-energy x-ray detector system equipped on the satellite platform including high energy X-ray detector, a signal processor, a transceiver of high energy the X-ray detector is connected by the signal processor and the transceiver of the transceiver I connected by ground-based solar radio telescope with a computer; the utility model according to the physical nature of X ray bursts and radio bursts are not synchronized, the establishment of high-energy x-ray detector system equipped on the satellite platform and ground-based solar radio telescope are set threshold information exchange mechanism in a certain frequency range observation flow exceeds the threshold, to view the other band The measurement system sends out information and completes related preparations. The device can get more accurate and reliable early warning information, extend the early warning timeliness and improve the early warning effect.

【技术实现步骤摘要】
基于空地联测预警太阳射电爆发干扰卫星通信的系统
本技术属于卫星运行监控领域，具体涉及一种太阳射电爆发干扰卫星信号事件的预警、预报系统。
技术介绍
太阳是距离地球最近的恒星，在传递给地球光和热的同时，其活动也在各个方面影响着人类的生产、生活，以及人类依存度越来越高的技术体系。人类目前主要依赖无线电波来进行星地-空通信，频率范围从数MHz直至数十GHz。国际上广泛使用的全球卫星导航定位系统(GPS、GLONASS、北斗等)，通过多颗卫星为地面设备提供定位、授时等服务，在军事、科考、海洋油气田钻探等领域发挥着巨大的作用。导航卫星的发射功率一般只有十几瓦到几十瓦左右，所使用的频段，一般在L和S频段。当导航电波到达地面时，接收到的信号功率大约只有-130dBm左右，其强度非常微弱，因此，地面上的接收信号很容易受到周围环境的干扰。排除人为的蓄意干扰外，自然界中导航卫星信号的主要干扰源有两种，一种是当GPS信号穿过电离层时，电离层中的小尺度不规则体引起无线电波的散射，造成导航信号强度和相位快速的无规则起伏和波动，这种现象称之为电离层闪烁；另一种是来自太阳射电的直接干扰。太阳射电暴期间，太阳射电辐射(无线电)会突然大幅度增加，如果爆发的频段覆盖了导航信号的频率，就会对GPS造成不同程度的射电干扰，主要表现为信噪比下降。观测表明，强太阳射电爆发能显著干扰导航电波的接收，严重时能造成接收机失锁、甚至完全中断，使得应用系统失去导航、定位、授时等基本功能。因此，包括美国GPS和我国北斗系统在内的太阳射电噪声干扰问题一直是影响卫星导航系统性能的重要影响因素。太阳射电爆发的辐射强度会达到宁静时(约100S.F.U.，1S.F.U.＝10-22w/Hzm2)的数十倍，甚至数千倍。以2012年3月5日的爆发为例，在1.0和2.0GHz频点的辐射强度分别达到501812和18958S.F.U。射电暴影响GPS的流量最小阈值一般认为在4000S.F.U.左右，2006年12月太阳日面爆发了一系列事件，其中在12月日和13日有两次较强的L波段太阳射电爆发。图3-4是L1、L2两个GPS通信频点的太阳射电流量、载噪比变化、单站所能收到的GPS卫星数量以及全球地面站失锁和定位误差等情况，发现两频点射电流量的变化与载噪比呈很好的正相关性。利用已有观测频点数据统计不同频率点太阳活动的流量异常与GPS信号失锁时间的关系，不难发现在1415MHz频率上的太阳射电流量异常与GPS导航信号失锁关联性最大，这与GPS工作频段有密切关系，结果如图5所示。图6明显看出，此次射电暴期间，我国的昆明、台湾、武汉、北京等GPS台站发生明显失锁现象，而且多个台站、多颗GPS卫星信号完全中断长达6分钟，射电暴期间，多个台站锁定的卫星数目小于4颗，使得GPS实时定位服务完全失效。我们对日本野边山射电望远镜(NobeyamaRadioPolarimeters)在23周峰年(2000-2005)极大期6年间观测到的太阳射电爆发进行过粗略统计。在观测到456个爆发中，流量高于1000S.F.U.的有75个，在低频段(1.0、2.0和3.75GHz)流量高于1000S.F.U.的共计37个。考虑到NORP每天观测9小时，如按24小时计算，在峰年极大期间，年均发生可能影响GPS的爆发的数量大约是16个。这不论从强度和频度来看，都是相当可观的，可见太阳射电爆发是卫星导航通信必然的影响因素之一。
技术实现思路
本技术目的是提供一种基于空地联测预警太阳射电爆发干扰卫星通信的系统，主要适用于从多个能段对太阳爆发事件进行观测，通过不同能段流量的异常预警在微波频段太阳爆发对卫星通信信号带来的影响。技术理论分析：1、太阳射电爆发信号对各个波段无线通信信号的影响情况分析：太阳射电爆发引入的噪声在通信系统中可以看作是一个外界叠加进入接收机系统的噪声，如果该噪声小于原有系统的噪声，则该干扰处于系统噪声以下，被“淹没”在了原系统噪声里；对信噪比影响很小。但如果大于或者等于原有系统噪声，则原系统噪声将会有所上升，在这里推算一个常温条件(290K)工作的通信系统的系统噪声温度相当于多少太阳流量值，以确定当太阳射电爆发流量密度超过该值时会潜在影响通信系统。假设一个通信系统的工作带宽是BHz，其工作温度为T(单位：开尔文)则外界给接收机带来噪声功率为：P＝kTB(1)其中k为波尔兹曼常数：k＝1.3806505×10-23；各种随机噪声F(单位：W/m2)进入天线引入的噪声功率为：其中G是天线增益，单位dB；λ为观测波长，单位m；设为接收机等效的太阳活动流量，单位SFU，1S.F.U＝10-22W/m2/Hz；F＝B*Feq(3)联立解得：则Feq＝8π*kT/(Gλ2)(与带宽无关！)(6)Fsfu＝8π*kT/(Gλ2)*1022(7)或Fsfu＝8π*kT*f2/(G*c2)*1022(8)从式(7)和式(8)中得到接收系统外部噪声流量密度折算为等效太阳射电流量密度为与天线增益G成反比，与工作波长λ的平方成反比，或者与工作频率f的平方成正比，这就意味着：1、在天线增益G越高，其系统噪声流量密度折算为等效太阳射电流量密度水平就越低，越小的太阳射电爆发，越容易引起外部噪声的上升，例如普通的手持式设备(小天线)受到的影响要小于大型地面站设备(大天线)；2、同样增益G的天线如果工作针对不同的频率，更低频率的通信系统，外部噪声流量密度折算为的太阳射电等效流量密度更低，为此在太阳射电爆发时候，更低的射电流量更容易引起外界噪声的增加，所以低频段的通信更容易受到影响；3、对同一天线，由于其天线辐射方向图的不同，可能天线指向与太阳夹角之间变化时，受到的影响也不同；图7是从10MHz～20GHz带宽内不同通信方式噪声功率谱密度换算成等效太阳射电流量功率谱密度值(设工作于G＝10dB的天线)；综上，我们统计了几种典型的通信方式(10GHz以下)及其天线形式的接收机噪声等效太阳流量：1、短波通信(Short-waveCommunication)：频率范围3MHz～30MHz，要经电离层的反射才能到达接收设备，该通信频段的太阳射电信号一般都被电离层阻挡，不能达到地球表面，为此几乎不会受到太阳射电爆发信号的影响很小；2、微波通信(MicrowaveCommunication)：使用频率为300MHz～3THz的电磁波进行的通信，包括地面微波接力通信、对流层散射通信、卫星通信、空间通信及工作于微波波段的移动通信；其中，我们日常使用最多的通信手机一般工作于GSM频段(900-950MHz和1800MHz)，CDMA频段(820-900MHz)，一般手机天线采用微带天线模式，天线增益G为3-8dB左右，以G最大波束对准太阳通过公式(8)，外界噪声折算为等效太阳流量在1100SFU-1300SFU(<1GHz)和3400SFU(1.8GHz)左右，同时手机通信基站一般采用喇叭天线，增益G在12-18dBi之间，以G最大波束对准太阳通过公式(8)，外界噪声折算为等效太阳流量最小在600SFU左右，但是我们一般在使用手机时候，手机和基站天线最大波束一般不对准太阳，太阳射电爆发信号通过天线进入接收机的功率其实是很小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空地联测预警太阳射电爆发干扰卫星通信的系统，其特征在于：包括搭载于在轨卫星平台的高能射线探测器系统、陆基太阳射电望远镜、计算机，搭载于在轨卫星平台的高能射线探测器系统包括高能射线探测器、信号处理器、收发信机Ⅰ，高能射线探测器通过信号处理器与收发信机Ⅰ连接，收发信机Ⅰ通过陆基太阳射电望远镜与计算机连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于空地联测预警太阳射电爆发干扰卫星通信的系统，其特征在于：包括搭载于在轨卫星平台的高能射线探测器系统、陆基太阳射电望远镜、计算机，搭载于在轨卫星平台的高能射线探测器系统包括高能射线探测器、信号处理器、收发信机Ⅰ，高能射线探测器通过信号处理器与收发信机Ⅰ连接，收发信机Ⅰ通过陆基太阳射电望远镜与计算机连接。2.根据权利要求1所述的基于空地联测预警太阳射电爆发干扰卫星通信的系统，其特征在于：陆基太阳射电望远镜包括射电天线、模拟接收机系统、定标系统、收发信机Ⅱ、3个以上功率-电压转换器、数据采集器；射电天线通过定标系统与模拟接收机系统连接，模拟接收机系统通过功率-电压转换器与数据采集器连接，数据采集器与计算机连接，计算机与定标系统连接；收发信机Ⅱ分别与...

【专利技术属性】
技术研发人员：董亮，屈会鹏，黄文耿，闫小娟，敦金平，郭少杰，汪敏，高冠男，林隽，
申请(专利权)人：中国科学院云南天文台，
类型：新型
国别省市：云南,53