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空间科学攀登团队建成高分辨率低频阵列太阳射电观测系统
2022-08-08     (点击: )

山东大学“太阳爆发及其对行星空间环境的影响”攀登计划创新团队---空间科学研究院空间电磁探测技术实验室(LEAD)基于槎山太阳射电观测站(简称CSO)已有的1×3对周天线阵,建成观测频率为15-110MHz、时频分辨率分别为0.2ms与30kHz的高分辨、高灵敏低频阵列太阳射电观测系统。该系统为目前公开报道的相应频段时频综合分辨率最高的观测系统,已成功运行1年以上。该成果以“Design of a high-resolution antenna array solar observing system for radio frequencies of 25–110 MHz”为题目发表在主流学术期刊Publications of the Astronomical Society of Australia(IF:6.5),机电与信息工程学院副教授、实验室主任严发宝为该论文的通讯作者,该实验室机电与信息工程学院2019级硕士研究生王玉玺为论文的第一作者;此外,已授权相关技术发明专利两项,分别为:一种基于均匀线阵宽带波束形成的栅瓣抑制方法及系统(ZL202010104803.7)、一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法(ZL202010135466.8)。

具有高分辨率的射电观测对于太阳射电暴精细结构的研究具重要意义。现有观测系统受以往电子设备和计算机信息处理技术等限制,存在时频分辨率较低的缺点,难以实现精细灵活的太阳射电频谱观测。此外,这些设备更多地依赖模拟器件,可能会引入额外噪声并导致数据失真,影响数据质量。

为实现高分辨频谱观测,尽量减少系统对模拟器件的依赖,LEAD采用多种数字信号处理技术,如数字极化合成合成和数字波束形成(DBF)技术,在槎山站已有天线阵列的基础上,建成了频率分辨率30 kHz、时间分辨率0.2 ms的太阳低频(15-110MHz)射电观测系统,可观测到比以往设备更为精细的太阳射电爆发频谱精细结构,为相关科学研究提供自主观测数据。

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图 15-110MHz高分辨率低频阵列太阳射电观测系统

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图 槎山站(上)与澳大利亚Learmonth观测台站(下)所获得的2021年12月20日太阳射电III型暴事件的频谱精细结构数据对比

该工作主要获得了国家自然科学基金委、山东大学攀登计划团队等资助;感谢杜清府、冯士伟、张军蕊及空间科学研究院管服团队等老师在前期观测台站基建和天线安装建设方面的努力和付出。

空间电磁探测技术实验室自2018年初由空间科学研究院陈耀教授、机电与信息工程学院严发宝副教授联合成立,作为山东大学“太阳爆发及其对行星空间环境的影响”攀登计划团队的重要组成部分,围绕射电探测与智能信息处理关键技术突破,积极对接国家战略和地方需求,获得了国家自然基金重大科研仪器研制项目、基金委重大项目课题、国家重大科技基础设施——子午工程II期、山东省重大科技创新工程等项目资助,有效推动了跨学院的多学科汇聚交叉创新与融合发展。


相关论文与授权发明专利:

1)Yuxi Wang, Zhen Dong, Guang Lu, Zhao Wu, Yanrui Su, Yao Chen, and Fabao Yan*. Design of a high-resolution antenna array solar observing system for radio frequencies of 25-110 MHz. Publications of the Astronomical Society of Australia, Volume 39 , 2022 , e030. https://www.doi.org/10.1017/pasa.2022.27.

2)严发宝; 王玉玺; 路光; 陈耀; 武昭; 苏艳蕊; 王冰 ; 一种基于均匀线阵宽带波束形成的栅瓣抑制方法及系统, 2020-2-20, 中国, ZL202010104803.7

3)严发宝; 王玉玺; 武昭; 路光; 苏艳蕊; 陈耀; 王冰 ; 一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法 , 2020-3-2, 中国, ZL202010135466.8

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