[发明专利]一种VHF观测系统、阵列单机系统及方法

说明书

本公开公开的一种VHF观测系统、阵列单机系统及方法，其针对VHF波段辐射信号进行观测，其包括天线阵列、模拟接收机、数字接收机、时频同步模块、离子探测传感器、自供电系统、通信模块；天线阵列接收VHF波段辐射信号，并输出水平、垂直极化信号，模拟接收机与天线阵列连接，数字接收机与模拟接收机连接，时频同步模块与数字接收机中的AD采集卡和FPGA数据处理模块连接，离子探测传感器与数字接收机中FPGA数据处理模块连接，通信模块连接各VHF观测系统，天线阵列、模拟接收机、数字接收机与通信模块均与自供电系统连接，可以实现全天、全向性观测，高速率、高精度数据采集与处理等功能，具备长基线乃至甚长基线的观测能力。

技术领域

本发明涉及VHF观测技术领域，尤其涉及一种VHF观测系统、阵列单机系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

为了观测早期宇宙结构，回溯原初宇宙，解答宇宙学提出的众多难题，平方公里阵射电望远镜(SKA)应运而生，并得到了国际天文界的全力支持，旨在建造世界最大、最灵敏的综合孔径射电望远镜。

SKA是一个厘米级与米级波长的下一代大望远镜，由数千个更小的探测设备组成一个巨大的信号采集面，可接收来自宇宙的各种辐射信息。与此同时，由于VHF波段的射电辐射具有丰富的天体现象与辐射信息，如太阳爆发、宇宙大爆炸、脉冲星、微波背景辐射、中性氢21cm射线、暗物质和暗能量等等，而且目前对VHF波段的观测极其之少，在这个波段发现全新现象的可能性不可低估，因此对VHF波段进行更加有效地观测，在SKA建设中具有举足轻重的地位。

另外，一方面为了研究超高能宇宙射线(UHECR)的本质、加速机制、源定位及与引力波和快速射电源的关系等问题，需要对UHECR进行大量的探测；另一方面，当τ中微子以靠近地面的角度穿过山体时，有一定概率与致密的岩石反应产生τ轻子，当产生的τ轻子穿出山体后，将在30公里以内于大气中衰变，激发射电波段的EAS，而研究中微子经过山体反应产生的射电辐射信息也是国际高能物理关注的热点之一。

值得一提的是，UHECR级联簇射、中微子经过山体反应产生的射电辐射通常存在于VHF波段，然而目前国际上已有的VHF波段射电观测设备还没有对此类辐射信息进行过具有有效空间分辨率的观测，人类对这个频率范围内的辐射特征及所对应的物理现象的了解基本上是空白的，因此搭建一种可以有效地观测VHF波段辐射信息的观测系统显得尤为重要。

例如：CN209821289U一种用于星载的甚低频太阳射电观测系统，包括电场传感器、模拟接收机、数据采集处理模块、时频模块、电源模块等几部分，可以实现对低于20MHz以下日冕物质抛射时产生的电磁波进行观测，判断日冕抛射物质的运动情况，进而对未来可能发生的空间天气事件进行预测、预判等功能。其中，模拟接收机由前端低噪声放大器模块、模拟高通滤波器(通带＞80kHz)、二级放大器、模拟低通滤波器(通带＜50MHz)依次连接组成；数据采集处理模块由3个高速模数转换器(ADC)、FPGA信号处理核心芯片、信号发送单元依次连接组成；时频同步模块由星载高精度时钟和时钟驱动芯片组成；电源模块由大功率DC-DC模块和低噪声LDO模块组成。

CN207472975U一种太阳射电流量监测系统，包括馈源、前端、下变频信道、采集传输单元、主控计算机、智能电源和授时系统，实现对耀斑等太阳活动造成的射电流量变化进行实时监测的功能。其中，馈源为天线接收系统，用于跟踪太阳、接收太阳信号；前端用于将馈源上低噪声放大器接收的太阳信号进行限幅与放大；下变频信道用于将前端处理后的太阳信号下变频至中频；采集传输单元用于将下变频信道处理后的太阳信号转换成数字信号；主控计算机用于将采集传输单元处理后的信号实时显示、存储，同时对馈源、下变频信道及智能电源进行控制；智能电源用于为前端及下变频信道供电；授时系统用于进行系统校时。

但是，这两个专利均存在以下几种不足之处：

(1)观测模块方向性差、增益小，无法更好的观测到目标信号、满足高精度观测场景需求；