1、现有观测设备

（1）高精度通门式磁力计；（2）电离层TEC和闪烁监测仪；（3）闪电监测仪

山东大学威海地磁台：主要设备为三分量高精度通门式磁力计，可连续实时记录地磁场三分量（Bx、By和Bz）的变化情况，数据分辨率为1Hz。该磁场变化主要是由地球空间天气环境扰动所产生的空间电流引起的。该地磁台于2014年底在山东大学（威海）玛伽山南侧建成，已实现远程视频监控和观测数据实时网络传输（见图1.1）。

电离层TEC和闪烁监测仪：可以跟踪当前各主要卫星系统的信号（GPS/GLONASS/BDS/GALILEO），并支持在接收机上完成TEC和闪烁指数的解算校准并直接输出，也支持输出原始数据自行解算，可分析上空的电离层等离子体分布特征。目前已在空间物理楼楼顶架设了该设备，并已开展运行。另一套设备布设在威海荣成山东大学空间科学研究院空间天气与卫星导航院夼观测站。

闪电监测仪：可用来研究闪电电荷传输及其在中高层大气和低轨空间的一些物理效应。目前已在空间物理楼楼顶架设了该设备，并已开展运行。

     图1.1 山东大学威海地磁台及其远程数据采集和监控系统

图1.2 电离层TEC和闪烁监测仪接收天线和室内接收机

图1.3 雷电监测仪室外天线及摄像机和室内接收设备

2、子午工程II期威海站拟建设设备：

（1）电离层数字测高仪、（2）流星雷达、（3）电离层TEC和闪烁监测仪、（4）双通道光学干涉仪、（5）双通道全天空气辉成像仪。

子午工程II期（空间环境地基综合监测网）是《国家重大科技基础设施建设“十三五”规划》10个优先布局项目之首。该项目旨在构成覆盖我国主要区域上空的空间环境地基综合监测网，使之成为我国天地一体化的空间环境监测体系的重要地基基础设施。根据规划，拟胶东半岛择址建设空间环境综合监测站威海站，拟安装电离层测高仪、流星雷达、双通道光学干涉仪、和双通道全天空气辉成像仪等设备。

拟建设的大型设备介绍：

电离层数字测高仪是电离层监测的主要常规设备之一。该设备利用电离层对高频无线电波的反射，监测电离层结构和状态变化情况。其工作频段一般在15MHz以下。它主要由收发系统、发射天线和接收天线构成。其中收发系统放置在观测室内；发射天线约30米，接收天线为4副正交环形天线阵，分别位于一个边长为60米的等边三角形的顶点和中心，接收天线场地要求高差最大在5米以内，接收天线与发射天线间距大于250米。周边不能有高的建筑遮挡，并应尽量远离机场及民航路线。

                 

图2.1 中科院国家空间中心的测高仪海南站现场示意图

流星雷达（Meteor Radar）是通过接收流星余迹反射的无线电波来探测70~110 km高度范围的大气风场和大气温度和密度，同时可以观测流星体的大小和速度以及流星雨现象，是一种多功能全天候观测的无线电地基雷达。流星雷达不仅可以用于观测流星体，也可以用于观测空间中的高速飞行物体的轨道等。流星雷达具有设备简单，运行方便，可多站点布置等优点。其工作频率通常在30-60MHz之间，如37.5MHz，53.1MHz等。流星雷达的收发天线阵由1副相互正交两单元八木天线作发射天线和5副交叉圆极化两单元八木天线组成。收发天线距离应大于 10 个工作波长。经计算，需近40米*40米的接收天线阵，场地高差最大小于5米内，发射天线距离接收天线80米以上，周边不能有高的建筑遮挡。收发系统放置在观测室内。

图2.2 流星雷达的原理图以及海南站现场示意图

3、电离层探测实验室拟自主研制设备

（1）郎缪尔探针；（2）离子阻滞势分析仪；（3）电离层GNSS接收机/软件接收机

郎缪尔探针由传感器、伸杆和电子学机箱三部分组成。探针传感器方向根据科学目标的不同可以有所变化，探针数量也会有所不同。计划设计类似的四探针传感器，有望从挪威奥斯陆大学获得技术支持或合作。通常设为卫星表面5个德拜长度。对于500-800km的环境，可以设为500mm长度。由于朗缪尔探针的机箱的存在，因此朗缪尔探针大致占地面积为50cm X 50cm(或者更大一点，机箱长度可能更长)。我们设计时需要考虑空间舱尺寸，真空环境，等离子体源和磁场模拟；其中，真空舱空间尺度约为3m*3m。

图3.1 四探针式朗缪尔探针示意图

离子阻滞势分析仪主要是用来探测空间等离子体中的离子参量，而等离子体中同时存在着电子和离子，被广泛运用于探测宇宙空间中的离子温度、密度及其组成成分，是一项非常重要的电离层探测手段。它可以与郎缪尔探针共用一套测试设备。

图3.2 RPA仪器结构原理图

电离层GNSS接收机/软件接收机是电离层TEC和闪烁监测仪的核心组成部分，可以先通过购买GNSS接收机板卡，设计后端数据处理软件的方式研制。