近日,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“太阳爆发与射电技术”课题组空间电磁探测技术实验室研制成功宽带太阳射电微波动态频谱观测系统,工作频率在35-40GHz,并在接收系统截位方法方面取得新进展,相关结果以“Study on the truncation strategy in the FPGA of a solar radio digital receiver”为题,被国际学术期刊Publication of Astronomical Society of Japan接收。论文第一作者为严发宝,武昭为通讯作者,山东大学为论文第一单位。
一般认为,太阳微波辐射是太阳耀斑过程中加速产生的高能电子能谱性质的灵敏探测频段,并可对辐射源区--太阳爆发能量释放关键区域的磁场等离子体性质进行有效诊断,是国家空间环境保障监测体系的重要监测窗口。然而,目前国内外在10GHz以上太阳微波频段的观测数据非常欠缺;特别,在18GHz以上尚不存在宽带的微波动态频谱观测系统。
该研究基于空间科学研究院空间电磁探测技术实验室所研发的世界首台太阳微波(厘米)宽带动态频谱观测系统(35-40 GHz),研究了模数转换器(ADC)数字信号的加窗环节及快速傅里叶(FFT)结果的截位策略,在5GHz的超宽带内实现了高时间(16毫秒)分辨率、频率(152 kHz)分辨率的太阳微波频谱实时观测。通过该截位方法,课题组成员利用35-40GHz的太阳频谱系统在2020年6月21日新月(日偏食)期间进行了测试(见图)。通过新月定标法,测得在37.5 GHz处宁静太阳辐射流量约为3000 SFU,该结果与理论估算结果及日本野边山频点辐射流量计(NoRP)35 GHz单频点测量数据接近,说明所采用的定标法是可靠的。
此外,空间电磁探测技术实验室基于该设备还进行了其他关键技术研究,取得系列研究成果,分别发表于RAA、Science China等期刊,并获得了射电观测系统模拟信号补偿、时频系统同步等多项发明专利授权。
近年来,陈耀教授带领攀登团队太阳爆发与射电技术课题组工作于太阳射电爆发观测和辐射机制、探测装备关键技术研发等方向,所研制的150-500 MHz、35-40 GHz等高性能射电频谱系统均已投入常规观测,并建成了荣成槎山太阳射电观测站、承担了国家重大科学基础设施子午工程II期以及****专项子系统的建设任务,所建成的系统有望在即将到来的太阳活动高年获取高质量的太阳爆发数据,可为国家空间科技强国战略、空间环境保障需求以及高质量创新科学研究提供有效观测数据。
图. 2020年6月21日偏食-新月期间35-40GHz太阳微波宽带动态频谱仪的观测数据(图中时间分辨率暂为163ms)。(a)为35-40GHz区间的频谱图(数据未经准确定标);(b)为10个频点的辐射流量时变曲线(任意单位)