[实用新型]一种针对太阳射电爆发干扰导航系统事件的预警平台

说明书

技术领域

本实用新型涉及卫星导航测控领域，适用于预警太阳射电爆发干扰导航通信领域。

应用背景

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。

目前依赖无线电波来进行地—地、地-空通信，其经常使用的频率范围从数MHz直至数十GHz。太阳的射电(无线电)辐射，覆盖整个无线电频段，以增强噪声的形式从太阳辐射到地球。因此，太阳的无线电辐射，势必在所使用的通信频段，造成信道内噪声升高，信噪比下降，导致信道容量下降，进而影响正常通信。

目前人类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。全球卫星导航定位系统所使用的频段，一般在L和S频段。而在这二个频段，太阳爆发的辐射强度，会达到宁静时(约100SFU，1SFU＝10^-22w/Hzm²)的数倍，甚至数十倍。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18958SFU，如图1。

GPS、北斗、GLONASS、伽利略是上世纪80年代开始各国逐步开发全球卫星导航定位系统，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。

Spilker[1996],Ward[1999],and Klobuchar et al.[1999]等人曾经在上世纪九十年代根据GPS的通信接收机结构估算过GPS导航信号受到太阳射电爆发的影响的门限是将近40000SFU。

根据观测经验超过40000SFU的太阳射电爆发是很少见的，为此以往的研究多侧重于太阳活动对地球电离层的影响进而引起的导航信号相位变化。

但是2003年10月28日，2005年12月5、6、13、14日太阳强射电流量事件时刻发现了GPS导航信号的失锁，其爆发时刻的电磁波流量远不到理论估计阈值。Zhiyu Chen,Yang Gao等人在“Evaluation of solar radio bursts’effect on GPS receiver signal tracking within International GPS Service network”一文中指出，GPS导航信号受到太阳射电噪暴影响的最小流量阈值不是原先估计得到的40000SFU而是4000～12000SFU，图2是国外通过对2003年10月28日X17级太阳爆发时间段内GPS地面站失锁情况的统计图.

此次事件与2003年10月28日UTC时间10:51分开始，前10分钟左右为M级爆发，到11:02分开始为X级爆发，并且从11:00开始发生了GPS信号失锁情况，同时11:02～11:06还发生了电离层电子总数的剧变。文章统计了t1、t2以及失锁时间段内全球GPS地面站失锁分布情况，如图3。

同时Charles S.Carrano等人2009年在“Impacts of the December 2006solar radio bursts on the performance of GPS”一文中比较了2006年12月5、6、13、14日太阳活动对GPS载噪比的影响。研究发现5日的爆发为X9级，较之于6日的X6.5级爆发，13日的X3.4级爆发、14日的X1.5级爆发更强，但是5日没有GPS地面站失锁情况，同时结合当日失锁地面站主要分布在太阳能够照射到的地球区域这一情况，而不同于以往的电离层扰动对GPS干扰时的全球影响，这就排除了可能是5日的日冕物质抛射到地球引起的电离层扰动形成的GPS通信不正常，如图4-6。

综上，作者得出结论：如果采用通用的X射线爆发等级来预警GPS失锁情况没有很好的线性关系，其中原因在于X射线爆发中如果没有伴生足以造成GPS信号失锁强度的L波段射电爆发则不会影响GPS正常通信。

Alessandro P.Cerruti等人就2006年12月的太阳活动事件进行了分析，作者联合当时L1、L2两个GPS通信频点的太阳射电流量、当时的载噪比变化情况、单站所能收到的GPS卫星数量以及全球地面站失锁等情况，发现两频点射电流量的变化与载噪比呈很好的正相关性，如图7-8所示。