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基于空间矢量天线的太阳低频射电爆发探测研究

陈林杰 颜毅华 谭宝林

陈林杰, 颜毅华, 谭宝林. 基于空间矢量天线的太阳低频射电爆发探测研究[J]. 深空探测学报(中英文).
引用本文: 陈林杰, 颜毅华, 谭宝林. 基于空间矢量天线的太阳低频射电爆发探测研究[J]. 深空探测学报(中英文).
CHEN Linjie, Yan Yihua, TAN Baolin. Study of Very Low Frequency Solar Radio Emission Detection with Space Vector Antenna[J]. Journal of Deep Space Exploration.
Citation: CHEN Linjie, Yan Yihua, TAN Baolin. Study of Very Low Frequency Solar Radio Emission Detection with Space Vector Antenna[J]. Journal of Deep Space Exploration.

基于空间矢量天线的太阳低频射电爆发探测研究

基金项目: 嫦娥四号任务有效载荷科研工程研制项目:中-荷低频射电探测器(NCLE);国家自然科学基金:11573043,11433006,11790305;中科院战咯性先导科技专项高频段高精度频谱测量与定标:XDA15020203
详细信息
    作者简介:

    陈林杰(1981– ),男,博士,高级工程师,硕士生导师。主要研究方向:射电天文、空间甚低频、太阳射电综合孔径成像。通讯地址:北京市朝阳区大屯路20号甲中国科学院国家天文台(100101)电话:(010)64807931 E-mail:ljchen@nao.cas.cn

  • ● Using the characteristic of Tripole vector antenna,how to locate the solar VLF radio burst with single tripole antenna is studied. ● The DOA estimation algorithm is proposed for the tripole antenna,and simulations under different conditions show that it can locate the solar radio burst with a degree-level accuracy under certain SNR. ● The capability of detecting solar radio burst is studied for the VLF radio instrument onboard Chane’e-4 mission.
  • 中图分类号: V423.6

Study of Very Low Frequency Solar Radio Emission Detection with Space Vector Antenna

  • 摘要: 目前已有空间探测器对太阳的甚低频射电爆发进行的探测主要是频谱观测,且仅覆盖甚低频频段中的很小一部分,针对太阳低频射电爆发的成像观测仍然是空白。基于空间矢量天线的特性,它可以实现对空间来波信号的达波方向进行估计。利用它可以对太阳低频射电爆发(包括Ⅱ型和Ⅲ型暴)进行空间定位和一定的成像观测。本研究针对空间(甚)低频射电探测器对太阳射电爆发的探测,提出了利用三极子矢量天线对太阳爆发进行定位的算法,并基于一些空间甚低频设备的观测数据对算法在不同条件下进行了仿真,同时针对嫦娥四号上的甚低频射电探测器(同样采用了三极子矢量天线),分析了其探测太阳低频射电爆发的能力。结果表明:当信号的信噪比达到10 dB以上时,矢量天线可以实现度量级的定位精度,并进一步分析了空间低频探测器探测太阳低频射电爆发的能力。
    Highlights
    ● Using the characteristic of Tripole vector antenna,how to locate the solar VLF radio burst with single tripole antenna is studied. ● The DOA estimation algorithm is proposed for the tripole antenna,and simulations under different conditions show that it can locate the solar radio burst with a degree-level accuracy under certain SNR. ● The capability of detecting solar radio burst is studied for the VLF radio instrument onboard Chane’e-4 mission.
  • 图  1  Tripole天线对电场所扫偏振椭圆进行3D采样示意图

    Fig.  1  A radio wave sensed by a tripole antenna propagates with a wave vector k sweeping out the polarization ellipse

    图  2  宽带脉冲信号的达波方向估计算法

    Fig.  2  DOA Estimation for broad-band pulse signal

    图  3  Tripole天线5 MHz的归一化方向图

    Fig.  3  Normalized far-field patterns at 5 MHz Tripole

    图  4  STEREO/WAVES观测到的太阳III型射电爆发事件(20190208)

    Fig.  4  Solar type III radio burst observed by STEREO/WAVES on Feb.8,2019

    图  5  STEREO/WAVES观测到的太阳III型射电爆发频谱

    Fig.  5  Dynamic spectrum of a solar type III radio burst observed by STEREO/WAVES

    图  6  月面不同信噪比下的太阳射电爆发在20 MHz时达波方向估计

    Fig.  6  DOA estimation results of the solar radio burst at 20 MHz on the Moon surface

    图  7  不同频率太阳射电爆发的达波方向估计

    Fig.  7  DOA estimation results of solar radio burst for different frequencies

    图  8  太阳射电爆发的传播过程模拟

    Fig.  8  Direction simulations for CME moving from inside to outside

    图  9  单极子组合成偶极子的共模抑制频谱

    Fig.  9  Common-mode RFI rejections by combining two monopoles to get dipole antenna

    图  10  单极子组合成偶极子的积分频谱

    Fig.  10  Integrated spectrum for the dipole antenna

    表  1  不同信噪比下的DOA估计误差

    Table  1  DOA estimation errors for different SNR

    DOA估计误差/dBDOA
    方位角 /(°)俯仰角 /(°)
    信噪比54.189 92.835 6
    101.812 81.421 3
    200.651 90.632 1
    300.347 80.262 7
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    表  2  不同频率的DOA估计误差

    Table  2  DOA estimation errors for different frequencies

    DOA估计误差/MHzDOA
    方位角 /(°)俯仰角 /(°)
    频率101.488 20.972 6
    201.212 20.716 7
    301.053 20.712 0
    401.417 80.783 2
    下载: 导出CSV
  • [1] 陈林杰. 月基甚低频射电干涉仪技术研究[D]. 北京: 中国科学院大学, 2011.
    [2] 纪奕才,赵博,方广有,等. 在月球背面进行低频射电天文观测的关键技术研究[J]. 深空探测学报,2017,4(2):150-157.

    JI Y C,ZHAO B,FANG G Y,et al. Key Technologies of very low frequency radio observations on the lunar far-side[J]. Journal of Deep Space Exploration,2017,4(2):150-157.
    [3] 张锦绣,陈学雷,曹喜滨,等. 月球轨道编队超长波天文观测微卫星任务[J]. 深空探测学报,2017,4(2):158-165.

    CAO X B,ZHANG J X,CHEN X L,et al. Formation flying around lunar for ultra-long wave radio interferometer mission[J]. Journal of Deep Space Exploration,2017,4(2):158-165.
    [4] SARKAR T K,PEREIRA O. Using matrix pencil method to estimatethe parameters of a sum of complex exponentials[J]. IEEE Antennas Propag. Mag.,1994,37(1):48-54.
    [5] HAARDT M,NOSSEK J A. Unitary ESPRIT:how to obtain increased estimation accuracy with a reduced computational burden[J]. IEEE Trans. Signal Processing,1995,43(5):1232-1242. doi:  10.1109/78.382406
    [6] Yilmazer N,Koh J. Utilization of a unitary transform for efficient computation in the matrix pencil method to find the direction of arrival[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2006,54(1):171-181.
    [7] CAROZZI T,KARLSSON R,BERGMAN J. Parameters characterizing electro-magnetic wave polarization[J]. Phys Rev E Stat Phys Plasmas Fluids Relat Interdiscip Topics,2000,61(2):2024-8.
    [8] DALDORFF L K S. TURAGA D S, VERSCHEURE O, et al. Direction of arrival estimation using single tripole radio antenna[C]//Proceedings of the 2009 IEEE ICASSP. [S.l.]: IEEE, 2009.
    [9] CHEN L, AMINAEI A, FALCKE H, et al. Optimized estimation of the direction of arrival with single tripole antenna[C]//2010 Loughborough Antennas & Propagation Conference. [S.l.]: IEEE, 2010.
  • [1] 王靓玥, 郭延宁, 马广富.  火星探测器制动捕获策略研究 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20171123001
    [2] 张旭旺, 王文灿, 马文起, 陈少卿, 刘友永.  Shenk深空天线组阵的空间功率合成特性分析 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200052
    [3] 辛鹏飞, 吴跃民, 荣吉利, 危清清, 刘宾, 刘鑫.  月面探测器圆形薄膜太阳翼展开动力学建模与分析 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20191128005
    [4] 高冠男, 汪敏, 董亮, 郭少杰.  空间甚低频太阳II型射电暴研究进展 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20190222001
    [5] 谭宝林, 谭程明, 黄静, 陈林杰.  空间甚低频太阳射电Ⅲ型爆研究进展 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20190227002
    [6] 王大轶, 符方舟, 孟林智, 李文博, 李茂登, 徐超, 葛东明.  深空探测器自主控制技术综述 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2019.04.002
    [7] 金泰峰, 李磊, 张艺腾.  火星空间磁场低频波动 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2019.02.004
    [8] 申智春, 林小艳, 程坤, 王海鹏.  火星探测器器箭分离冲击响应影响分析与评价 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.012
    [9] 熊亮, 王锦清, 孙骥, 关轶峰, 陆波.  深空探测器大口径天线指向在轨标定方案 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.06.008
    [10] 任德鹏, 李青, 彭松.  月面探测器燃料电池应用的初步研究 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.12.008
    [11] 李群智, 贾阳, 彭松, 韩璐.  月面巡视探测器任务规划顶层设计与实现 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.01.009
    [12] 柳明星, 张伟, 张恒, 刘华清.  基于动态罚函数的火星探测器多学科协同优化 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.03.012
    [13] 纪奕才, 赵博, 方广有, 平劲松, 吴伟仁, 宁远明, 卢伟, 周斌.  在月球背面进行低频射电天文观测的关键技术研究 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.02.008
    [14] 陈新民, 周天帅, 朱冬阁, 王建明.  有限推力变轨的月球探测器发射轨道设计 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.03.009
    [15] 宁晓琳, 李卓, 黄盼盼, 杨雨青, 刘刚, 房建成.  火星探测器捕获段自适应卡尔曼滤波方法 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.03.007
    [16] 刘瑞霞, 张剑桥.  基于测速测角敏感器的火星探测器自主导航方法研究 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.03.004
    [17] 叶培建, 于登云, 孙泽洲, 申振荣.  中国月球探测器的成就与展望 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.04.004
    [18] 傅惠民, 娄泰山, 肖强.  火星进入段探测器自校准状态估计 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.03.006
    [19] 夏元清, 沈刚辉, 孙浩然, 周鎏宇.  火星探测器进入段预测校正制导方法 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.04.007
    [20] 潘军洋, 谢懿.  火星任务中星上原时τ与TCG的相对论变换 . 深空探测学报(中英文), doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.010
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-02-20
  • 网络出版日期:  2020-09-30

基于空间矢量天线的太阳低频射电爆发探测研究

    基金项目:  嫦娥四号任务有效载荷科研工程研制项目:中-荷低频射电探测器(NCLE);国家自然科学基金:11573043,11433006,11790305;中科院战咯性先导科技专项高频段高精度频谱测量与定标:XDA15020203
    作者简介:

    陈林杰(1981– ),男,博士,高级工程师,硕士生导师。主要研究方向:射电天文、空间甚低频、太阳射电综合孔径成像。通讯地址:北京市朝阳区大屯路20号甲中国科学院国家天文台(100101)电话:(010)64807931 E-mail:ljchen@nao.cas.cn

  • ● Using the characteristic of Tripole vector antenna,how to locate the solar VLF radio burst with single tripole antenna is studied. ● The DOA estimation algorithm is proposed for the tripole antenna,and simulations under different conditions show that it can locate the solar radio burst with a degree-level accuracy under certain SNR. ● The capability of detecting solar radio burst is studied for the VLF radio instrument onboard Chane’e-4 mission.
  • 中图分类号: V423.6

摘要: 目前已有空间探测器对太阳的甚低频射电爆发进行的探测主要是频谱观测,且仅覆盖甚低频频段中的很小一部分,针对太阳低频射电爆发的成像观测仍然是空白。基于空间矢量天线的特性,它可以实现对空间来波信号的达波方向进行估计。利用它可以对太阳低频射电爆发(包括Ⅱ型和Ⅲ型暴)进行空间定位和一定的成像观测。本研究针对空间(甚)低频射电探测器对太阳射电爆发的探测,提出了利用三极子矢量天线对太阳爆发进行定位的算法,并基于一些空间甚低频设备的观测数据对算法在不同条件下进行了仿真,同时针对嫦娥四号上的甚低频射电探测器(同样采用了三极子矢量天线),分析了其探测太阳低频射电爆发的能力。结果表明:当信号的信噪比达到10 dB以上时,矢量天线可以实现度量级的定位精度,并进一步分析了空间低频探测器探测太阳低频射电爆发的能力。

注释:
1)  ● Using the characteristic of Tripole vector antenna,how to locate the solar VLF radio burst with single tripole antenna is studied. ● The DOA estimation algorithm is proposed for the tripole antenna,and simulations under different conditions show that it can locate the solar radio burst with a degree-level accuracy under certain SNR. ● The capability of detecting solar radio burst is studied for the VLF radio instrument onboard Chane’e-4 mission.

English Abstract

陈林杰, 颜毅华, 谭宝林. 基于空间矢量天线的太阳低频射电爆发探测研究[J]. 深空探测学报(中英文).
引用本文: 陈林杰, 颜毅华, 谭宝林. 基于空间矢量天线的太阳低频射电爆发探测研究[J]. 深空探测学报(中英文).
CHEN Linjie, Yan Yihua, TAN Baolin. Study of Very Low Frequency Solar Radio Emission Detection with Space Vector Antenna[J]. Journal of Deep Space Exploration.
Citation: CHEN Linjie, Yan Yihua, TAN Baolin. Study of Very Low Frequency Solar Radio Emission Detection with Space Vector Antenna[J]. Journal of Deep Space Exploration.
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