本實用新型屬于射電天文太陽功率輻射計系統(tǒng)技術(shù)，其工作于射電天文保護頻段，對這些頻段信號進行放大、選通、下變頻、檢波、分析等技術(shù)用于太陽射電多頻段的總流量觀測，通過多頻段流量變化可以在太陽物理研究，空間天氣預(yù)警等領(lǐng)域發(fā)揮作用。

背景技術(shù)：

太陽是距離地球最近的恒星，在傳遞給地球光和熱的同時，其活動也在各個方面影響著人類的生產(chǎn)、生活以及人類依存度越來越高的技術(shù)體系。

太陽爆發(fā)是發(fā)生在太陽大氣-日冕中劇烈的能量釋放過程，主要形式是太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射（CME），本質(zhì)上是磁場和磁場、磁場和等離子體之間相互作用的結(jié)果。這樣的劇烈爆發(fā)過程，可能對地球周圍的空間環(huán)境(Space Weather) 造成劇烈擾動，對現(xiàn)代社會的正常運行帶來災(zāi)害性影響。由此可見，日冕作為連接太陽和日地空間的紐帶和太陽劇烈爆發(fā)活動的發(fā)源地、CME 作為災(zāi)害性空間天氣的驅(qū)動源，都具有極其特殊的重要地位。

對日冕的觀測研究，仍是目前太陽物理研究的難點和重點，如著名太陽物理研究學者Aschwanden 提出的“十大太陽物理研究難題”里，至少有一半和日冕有關(guān)。日冕觀測研究的核心問題，是對日冕磁場的測量和對日冕物質(zhì)拋射（CME）的監(jiān)測。

從觀測的角度考慮, 除光學觀測太陽爆發(fā)事件外, 用射電方法是相當重要的觀測手段, 尤其對CME 事件的觀測研究是其它方法無法替代的。

從理論上考慮, CME 的一個關(guān)鍵問題是了解它在日面上的源區(qū), 以便能監(jiān)測CME 的初始形成和噴發(fā)的整個過程。但是在低日冕(1.0-1.5 倍太陽半徑)范圍內(nèi), 白光日冕儀是不能觀測的, 而用米波射電頻譜儀則可以。因為太陽米波II、IV 型爆發(fā)與CME 和耀斑等劇烈太陽活動以及相對應(yīng)的日地物理效應(yīng)有密切關(guān)系, 因此射電方法是研究CME 的重要手段之一。

但是隨著電子技術(shù)的發(fā)展，射電天文設(shè)備逐步由數(shù)字化終端取代了原有的模擬終端。這樣大大提升射電天文觀測的效率，射電窗口以上幾乎整個無線電頻段都納入了射電天文觀測范疇。但隨著全社會信息化的飛速發(fā)展，越來越多的無線電頻段被使用，因此，無線電干擾(Radio Frequency Interference, RFI)越來越成為嚴重困擾射電天文觀測的因素，甚至對射電天文觀測帶來致命影響。

二十世紀五十年代初，在國際電信聯(lián)盟下屬的國際無線電咨詢委員會里，成立了專門的研究組，研究討論對射電天文頻率的分配與防止干擾的問題，建議提供專門的射電天文頻段，并給予有效的保護。1959年世界無線電行政大會通過將射電天文作為一項電信業(yè)務(wù)，分配給它幾個頻段。以后，在1963年和1971年的世界空間無線電行政大會上，又分別增加了一些射電天文頻段。與此同時，各國電信主管部門也開始注意射電天文的頻率分配與保護問題。各國在國內(nèi)各種電信業(yè)務(wù)間進行協(xié)調(diào)，防止對射電天文業(yè)務(wù)產(chǎn)生有害干擾，解決了一些局部地區(qū)性的干擾問題,促進了射電天文事業(yè)的發(fā)展。

到目前為止，國際組織分配給射電天文業(yè)務(wù)的頻段，除少數(shù)專用頻段外，都在一定的條件下與其他業(yè)務(wù)共用。這些頻段大多分布在短分米波、厘米波、毫米波以及波長更短的頻段。例如，對最著名的中性氫21厘米譜線（1420.406MHz）分配了1400～1427MHz的射電天文專用頻段，這一頻段同時也供連續(xù)譜類型的觀測使用（這種類型的射電天文觀測與譜線觀測不同，它不需要準確的頻率，但需要較寬的頻帶）；在羥基OH譜線1665.401和1667.358MHz附近,提供了1660～1670MHz的頻段；在氨譜線23.694和23.723GHz附近，則劃給23.6～24GHz的頻段。此外，在米波段和長分米波段也都分配給一些頻段，主要進行連續(xù)譜類型的觀測，如37.75～38.25MHz和406～410MHz頻段等。

為此，采用在射電天文保護頻段內(nèi)對太陽射電信號進行觀測，可以有效的規(guī)避無線電環(huán)境，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供了一種針對射電天文保護頻點的超外差式太陽射電輻射計系統(tǒng)，主要適用于多點頻太陽射電流量精密觀測，同時通過觀測數(shù)據(jù)對空間天氣事件進行有效推測。

本實用新型是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

本實用新型系統(tǒng)采用超外差結(jié)構(gòu)，其包括模擬接收機子系統(tǒng)、檢波-數(shù)字采集子系統(tǒng)、定標子系統(tǒng)、時頻子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)，模擬接收機子系統(tǒng)通過檢波-數(shù)字采集子系統(tǒng)與控制子系統(tǒng)連接，定標子系統(tǒng)、時頻子系統(tǒng)分別與控制子系統(tǒng)連接；其工作于射電天文保護頻段。

所述模擬接收機子系統(tǒng)由低噪聲放大器、功分器、一個以上射電天文保護頻點濾波器、一個以上本振源、一個以上混頻器、一個以上中頻濾波器、一個以上中頻放大器組成；低噪聲放大器、功分器、射電天文保護頻點濾波器、混頻器、中頻濾波器、中頻放大器依次連接，本振源與混頻器連接。

所述檢波-數(shù)字采集子系統(tǒng)包括高動態(tài)范圍檢波芯片為核心的檢波器、多路數(shù)據(jù)采集卡，中頻放大器通過檢波器與多路數(shù)據(jù)采集卡連接。

所述定標子系統(tǒng)包括微波開關(guān)、噪聲源，噪聲源通過微波開關(guān)與控制子系統(tǒng)連接，微波開關(guān)受到控制子系統(tǒng)控制，微波開關(guān)輸出與低噪聲放大器連接，經(jīng)控制通過控制微波開關(guān)切換和噪聲源的開關(guān)對整個系統(tǒng)進行標校。

所述時頻子系統(tǒng)包括GPS授時天線、網(wǎng)絡(luò)時間授時儀，GPS授時天線通過網(wǎng)絡(luò)時間授時儀與控制子系統(tǒng)連接，通過網(wǎng)絡(luò)對檢波-數(shù)字采集子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)進行授時處理。

所述控制子系統(tǒng)為控制核心，為一臺主控電腦，主要起到對微波開關(guān)、噪聲源的控制及采集數(shù)據(jù)處理、存儲等功能，控制采用常規(guī)控制方法。

選取射電天文保護頻段，主要通過射電天文保護頻點濾波器（帶通濾波器）進行選擇，帶通濾波器的輸入端和輸出端分別于1:N功分器的輸出端和混頻器的輸入端相連，用于選射電天文保護頻段；

下變頻部分由多個混頻器和射電天文保護頻點濾波器（帶通濾波器）組成，其中混頻器的輸入端分別與各自射電天文保護頻點濾波器（帶通濾波器）輸出端相連，其相應(yīng)本振信號注入端與各自對應(yīng)的本振源輸出端相連，在其中進行混頻后輸出與中頻濾波器輸入相連，到達選擇有用頻率，抑制鏡像頻率的目的；中頻濾波器輸出與中頻放大器輸入相連，將信號功率放大至檢波器能夠檢測的范圍之內(nèi)；中頻放大器的輸出端與檢波器的輸入端相連，通過檢波器將射頻功率信號轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號，然后檢波器的輸出端與多路數(shù)據(jù)采集卡相連，將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過總線傳至后端的控制子系統(tǒng)（電腦）中。

在時間頻率方面，主要由GPS授時天線、網(wǎng)絡(luò)時間授時儀組成，通過網(wǎng)絡(luò)對檢波-數(shù)字采集子系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進行授時處理。

在定標方面：主要通過對噪聲源及射電天線的控制來實現(xiàn)，控制順序為：首先控制微波開關(guān)切換到噪聲源輸入，噪聲源關(guān)閉狀態(tài)記錄當前的各頻點功率值P_shut，然后打開噪聲源記錄下當前的各頻點功率值P_open，然后微波開關(guān)切換到射電天線信號輸出，控制望遠鏡指向冷空記錄下當前的各頻點功率值P_sky ,最后轉(zhuǎn)入太陽跟蹤觀測模式實時記錄下P_sun，通過上述四種功率值的比對，可以解算得到當前的太陽射電流量。

其關(guān)鍵在于：

1、由于無線電環(huán)境的惡化，即使在射電天文保護頻點附近也可能會有無線電干擾信號存在，這就決定了第一級放大器和濾波器的指標要求，即無線電干擾信號不能引起第一級放大器進入非線性區(qū)域，同時第一級濾波器必須有效的抑制附近頻率的無線電干擾信號，以免在后端鏈路中出現(xiàn)飽和、鏡像等情況；

2、同樣由于無線電環(huán)境的惡化，對于混頻到中頻濾波部分，必須考慮鏡像問題，為此必須考慮到混頻到中頻濾波器時鏡像頻率進入到中頻濾波器通帶內(nèi)，為此在完成無線電環(huán)境調(diào)研后，需要對混頻頻率進行合理的分析、選擇，避免鏡像無線電干擾頻率落在中頻濾波器的通帶和過渡帶內(nèi)；

3、檢波器之前需要將射頻信號功率放大至檢波器可檢測最小電平以上，保證檢波芯片能夠正常檢測電壓，同時兼顧太陽射電爆發(fā)30-50dB的動態(tài)范圍；

4、檢波器的檢波芯片采用目前最先進的寬帶輸入、大動態(tài)范圍檢波芯片，如：ADI公司生產(chǎn)的ADL5906是真均方根響應(yīng)功率檢波器，工作頻率范圍為10 MHz至10 GHz，覆蓋了十米波--厘米波波段大部分射電天文保護頻段，可接受的輸入信號范圍為?65 dBm至+8 dBm，具有70 dB以上測量范圍，覆蓋了幾乎所有的太陽射電爆發(fā)的信號動態(tài)情況；

5、在定標方面，采用定標模塊及其控制單元，采用噪聲源開關(guān)（噪聲源關(guān)閉是相當于50歐姆負載）-太陽射電源-冷空輪換控制觀測模式。

本實用新型的有益效果是，具有受無線電干擾較少、動態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為定標過程中不同信號接入功率圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明，但本實用新型保護范圍不局限于所述內(nèi)容，如無特殊說明的均為常規(guī)設(shè)備及按常規(guī)方法實施和控制。

實施例1：如圖1所示，本針對射電天文保護頻點的超外差式太陽射電輻射計系統(tǒng)包括模擬接收機子系統(tǒng)、檢波-數(shù)字采集子系統(tǒng)、定標子系統(tǒng)、時頻子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)，模擬接收機子系統(tǒng)通過檢波-數(shù)字采集子系統(tǒng)與控制子系統(tǒng)連接，定標子系統(tǒng)、時頻子系統(tǒng)分別與控制子系統(tǒng)連接；其中模擬接收機子系統(tǒng)包括低噪聲放大器、1：N功分器、多個射電天文保護頻點濾波器(1～N)、本振源(1～N)、混頻器(1～N)、中頻濾波器(1～N)、中頻放大器(1～N)；低噪聲放大器、功分器、射電天文保護頻點濾波器、混頻器、中頻濾波器、中頻放大器依次連接，本振源與混頻器連接；

檢波-數(shù)字采集子系統(tǒng)由基于AD8363的高動態(tài)范圍檢波芯片為核心的檢波器(1～N)和N路數(shù)據(jù)采集卡組成，中頻放大器通過檢波器與N路數(shù)據(jù)采集卡連接；

定標子系統(tǒng)包括微波開關(guān)、可控噪聲源，噪聲源通過微波開關(guān)與控制子系統(tǒng)連接，微波開關(guān)輸出與低噪聲放大器輸入連接；通過微波開關(guān)切換（天線，噪聲源）+噪聲源的開關(guān)對整個系統(tǒng)進行標校；

時頻子系統(tǒng)包括GPS授時天線、網(wǎng)絡(luò)時間授時儀、網(wǎng)卡，GPS授時天線通過網(wǎng)絡(luò)時間授時儀與控制子系統(tǒng)連接，通過網(wǎng)絡(luò)對檢波-數(shù)字采集子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)進行授時處理；

控制子系統(tǒng)為一臺主控電腦，主要起到對微波開關(guān)、噪聲源的控制及采集數(shù)據(jù)處理、存儲等功能。

選取射電天文保護頻段，主要通過帶通濾波器（射電天文保護頻點濾波器）進行選擇，帶通濾波器的輸入和輸出端分別于1:N功分器的輸出端和混頻器的輸入端相連，用于選通射電天文保護頻段；

下變頻部分由多個混頻器和射電天文保護頻點濾波器組成，其中混頻器的輸入端分別與各自帶通濾波器輸出端相連，其相應(yīng)本振信號注入端與各自對應(yīng)的本振信號輸出端相連，在其中進行混頻后輸出與中頻帶通濾波器輸入相連，到達選擇有用頻率，抑制鏡像頻率的目的；

如圖2所示：在定標方面：主要通過對噪聲源及天線的控制來實現(xiàn)，控制順序為：首先控制微波開關(guān)切換到噪聲源輸入，噪聲源關(guān)閉狀態(tài)記錄當前的各頻點功率值P_shut，然后打開噪聲源記錄下當前的各頻點功率值P_open，然后開關(guān)切換到天線信號輸出，控制望遠鏡指向冷空記錄下當前的各頻點功率值P_sky ,最后轉(zhuǎn)入太陽跟蹤觀測模式實時記錄下P_sun，通過上述四種功率值的比對，可以解算得到當前的太陽射電流量S；

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