针对太阳射电爆发干扰导航通信事件的快速预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种针对太阳射电爆发干扰导航通信事件的快速预警系统，其包括集成于监测卫星上的发射装置、集成于导航通信卫星上的接收装置、信号增益调节装置，信号增益调节装置集成于导航通信卫星上，其中集成于监测卫星上的发射装置由多个带有放大电路的X射线探测器、信号处理系统、信号发射器、发射天线依次连接组成，集成于导航通信卫星上的接收装置由接收天线、信号接收器连接组成；发射天线与接收天线连接，信号接收器与信号增益调节装置连接；本装置采用太阳高能观测+星间快速预警的方式，可以获得更加准确和快速的将预警信息发送给可能受影响的导航、通信等卫星，有效的改善信号载噪比受影响情况。

A fast warning system for interference of navigation and communication events by solar radio burst

The invention discloses a rapid alert system for solar radio burst interference of navigation and communication events, including the transmitter, integrated in the monitoring on the satellite integrated navigation satellite receiver, on the signal gain adjusting device, signal gain adjusting device is integrated in the navigation satellite, which is integrated in the monitoring satellite launching device from a plurality of amplifying circuit of X X-ray detector, signal processing system, signal transmitter, transmitting antenna which are connected in turn, the receiving device is integrated in the navigation satellite receiving antenna, by the signal receiver connected; transmitting antenna and receiving antenna connection, connected with the signal receiver and signal gain adjusting device; the device adopts solar energetic inter satellite observations and rapid warning, can obtain more accurate and rapid warning information will be sent to The possibly affected navigation, communication and other satellites can effectively improve the signal to noise ratio affected.

【技术实现步骤摘要】
针对太阳射电爆发干扰导航通信事件的快速预警系统
本专利技术属于卫星运行监控领域，具体涉及一种基于空间高能观测及星间通信技术针对太阳射电爆发干扰导航通信事件的快速预警技术，适用于太阳射电爆发干扰卫星信号事件的预警、预报工作。
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.(见图2)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
本专利技术提供了一种基于空间高能观测及星间通信技术针对太阳射电爆发干扰导航通信事件的快速预警系统，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导航、通信信号带来的影响。本专利技术针对太阳射电爆发干扰导航通信事件的快速预警系统包括集成于监测卫星上的发射装置、集成于导航通信卫星上的接收装置、信号增益调节装置，信号增益调节装置集成于导航通信卫星上，其中集成于监测卫星上的发射装置由一个以上的带有放大电路的X射线探测器、信号处理系统、信号发射器、发射天线依次连接组成，集成于导航通信卫星上的接收装置由接收天线、信号接收器连接组成；发射天线与接收天线连接，信号接收器与信号增益调节装置连接。所述信号处理系统包括ADC模数转换器、核心处理器，核心处理器包括数据采集模块、判断模块，ADC模数转换器通过数据采集模块与判断模块连接，带有放大电路的X射线探测器与ADC模数转换器连接，判断模块与信号发射器连接；数据采集模块控制ADC模数转换器采集探测到的一个以上能段X射线的流量；判断模块用于判断一个以上能段X射线的开始抬升时刻，在该时刻驱动信号发射器通过发射天线向集成于导航通信卫星上的接收装置发送预警信息。所述一个以上带有放大电路的X射线探测器的能段范围为10KeV-1MeV。所述判断模块中内置阈值，将ADC模数转换器采集到的流量强度与该阈值进行比较，判断X射线是否进入了抬升阶段，判断方案为设置一个长度为L的先进先出队列，连续L个采样值均为增加时，即判断为进入了抬升阶段。本专利技术技术理论分析：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SFU1S.F.U＝10-22W/m2/HzF＝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；综上，我们统计了几种典型的通信方式(10GHz以下)及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对太阳射电爆发干扰导航通信事件的快速预警系统，其特征在于：包括集成于监测卫星上的发射装置、集成于导航通信卫星上的接收装置、信号增益调节装置，信号增益调节装置集成于导航通信卫星上，其中集成于监测卫星上的发射装置由一个以上的带有放大电路的X射线探测器、信号处理系统、信号发射器、发射天线依次连接组成，集成于导航通信卫星上的接收装置由接收天线、信号接收器连接组成；发射天线与接收天线连接，信号接收器与信号增益调节装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种针对太阳射电爆发干扰导航通信事件的快速预警系统，其特征在于：包括集成于监测卫星上的发射装置、集成于导航通信卫星上的接收装置、信号增益调节装置，信号增益调节装置集成于导航通信卫星上，其中集成于监测卫星上的发射装置由一个以上的带有放大电路的X射线探测器、信号处理系统、信号发射器、发射天线依次连接组成，集成于导航通信卫星上的接收装置由接收天线、信号接收器连接组成；发射天线与接收天线连接，信号接收器与信号增益调节装置连接。2.根据权利要求1所述的针对太阳射电爆发干扰导航通信事件的快速预警系统，其特征在于：信号处理系统包括ADC模数转换器、核心处理器，核心处理器包括数据采集模块、判断模块，ADC模数转换器通过数据采集模块与判断模块连接，带有放大电路的X射线探测器与...

【专利技术属性】
技术研发人员：董亮，黄文耿，屈会鹏，闫小娟，张从发，刘胜利，汪敏，候小谨，刘四清，郭少杰，高冠男，袁晓伟，
申请(专利权)人：中国科学院云南天文台，
类型：发明
国别省市：云南,53