［本站讯］在山东大学“太阳爆发及其对行星空间环境影响”攀登计划创新团队、国家自然科学基金委重大仪器研制等项目支持下，空间科学研究院空间电磁探测技术实验室研制成功新一代6-15GHz厘米波宽频太阳射电观测系统。该系统由实验室首席科学家陈耀教授提出科学目标，实验室主任、机电与信息工程学院教授严发宝带领团队成员研制完成。相应学术论文“A New 6–15 GHz Solar Radio Observation System”在国际top期刊Astrophysical Journal Supplement Series (IF:8.7)发表，严发宝教授为该论文的通讯作者，博士研究生张磊为第一作者。

图1 新一代6-15GHz厘米波宽频太阳射电观测系统

太阳耀斑活动经常伴有分米波到厘米波电磁辐射增强，主要由耀斑过程加速产生的能量电子通过回旋同步辐射产生。该频段射电辐射数据可用于诊断耀斑高能粒子加速过程以及相应磁场参数和爆发过程，因此具有非常重要的空间科学研究价值。通过太阳射电仪器对太阳耀斑活动进行观测，可获得耀斑射电辐射的频谱形态、偏振水平、峰值流量及其随时间的快速演变特征等关键数据。

典型的回旋同步辐射频谱呈倒V形，峰值频率通常在10GHz左右。研制覆盖几GHz到十几GHz的高性能太阳射电探测仪器可获得耀斑回旋同步辐射谱的高质量数据。据了解，当前世界上能完整覆盖几GHz到十几GHz、处于工作状态的太阳射电频谱仪，有美国的OVSA、俄罗斯的RATAN-600、明安图野外科学观测研究站等少数设备，但是OVSA在全频扫描后时间分辨率仅为1s，RATAN-600的频率分辨率最高仅为100MHz。为获取更高分辨率的自主观测数据，推进太阳物理研究，在陈耀和严发宝带领下，实验室成员开展了新一代6-15GHz太阳射电频谱仪系统的研制工作。

该仪器基于3m抛物面天线接收太阳射电信号，跟踪指向精度为0.02度，可实时高精度跟踪太阳；为解决大带宽和大数据量采集、同时需要有高时间分辨率的技术难题，使用了实验室自研的高性能4通道、9GHz输入带宽、3Gsps采集的数字接收机，并通过频谱拼接和带通采样相结合的方法实现了超宽带信号采集和大带宽覆盖，同时保证系统具有较高的时间分辨率；还改进了传统FFT算法，基于FPGA提出一种新型多通道并行FFT算法和截位优化方法，使得大点数FFT运算以并行多通道流水线的方式实时运行，具有运行周期短、消耗资源少、计算精度高等优势，有效解决了高速采集中难以实时处理海量时域数据的瓶颈问题；此外，面对仪器底噪不平坦问题，提出了新型熵-能量阈值处理方法并基于FPGA实现，降低底噪的同时优化了系统平坦度。

基于上述关键技术，该仪器在3MHz频率分辨率下，全频带观测时间分辨率达0.26毫秒，系统灵敏度为1.3 SFU（太阳射电辐射流量单位）。该仪器现安装于山东大学槎山太阳射电观测站，连续运行时间超过9个月，已数十次观测到厘米波段的太阳射电爆发事件。与目前相应波段太阳射电频谱系统相比，该系统具有瞬时带宽大、采样精度高、时间分辨率高、频率分辨率高等优点。

图2 观测系统观测到的一例太阳射电爆发数据

该系统的成功研制使得槎山站观测频率覆盖范围得到显著拓展，由原先的15MHz到6GHz范围拓展到目前的15MHz到15GHz，实现了千倍频程覆盖这一槎山站建设目标。图2是2023年1月11日观测到的太阳射电爆发数据。

2018年初，在原射电技术实验室的基础上，空间科学研究院陈耀教授、机电与信息工程学院严发宝教授合作建立空间电磁探测技术实验室（LEAD），围绕微波探测与智能信息处理关键技术突破，积极对接国家战略和地方需求，先后获得国家自然基金重大科研仪器研制项目、基金委重大项目课题、国家重大科技基础设施——子午工程II期、装备预研等项目资助，已自主研制成功五套太阳射电探测装备并积累大量观测数据，有效推动了跨学院的多学科汇聚交叉创新与融合发展。

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/ace7cc