中科院空间环境监测网

2018年7月1日11:15:13中科院空间环境监测网已关闭评论 184 views

中科院空间环境监测网包括17个台站和40多台地基监测设备,能够提供太阳、宇宙线、地磁、电离层和中高层大气等多种空间环境要素的监测信息。这些监测台站地域分布广、观测设备复杂、台站之间的软硬件环境差别很大。为保证这些台站数据都能连续及时地传输到空间环境监测预报中心,从多方面进行了台站信息传输技术支撑能力的建设,这为监测网业务化运行和管理提供了保障。首先,各台站都建立了专用的网络专线,配备了优质的网络硬件设备,专网专用,为中科网的互联互通提供了保证。为了实现统一调度,各台站都配置了话音通信和IP电话调度系统。为了及时方便了解各台站的监测现状,专门建立了综合网管系统,重点台站还建设了视频监控系统。所有台站设备的数据,音视频信息都通过核心专线网络传输到空间环境监测预报中心。此外,监测网在建设过程中在设备性能、IP地址分配和软件等方面都具有扩展功能,方便了今后台站设备的增加和业务拓展。

中科院空间环境监测网

实时监测数据

中科院空间环境监测网 中科院空间环境监测网
太阳监测
中科院空间环境监测网 中科院空间环境监测网
宇宙线监测
地磁监测
中科院空间环境监测网
电离层监测
中科院空间环境监测网
中高层大气监测

太阳活动监测

在中科网中,进行太阳观测的台站有怀柔站和昆明凤凰山站两个台站,观测设备有10套。其中怀柔站有2.6-3.8 GHz 频谱仪、2840 MHz 望远镜和5.2-7.6 GHz 频谱仪3台射电观测设备;全日面色球Hα望远镜、全日面太阳光球磁场望远镜、三通道太阳磁场望远镜、太阳磁场望远镜共计4台光学观测设备;昆明凤凰山站有全日面色球望远镜和太阳黑子望远镜共计2台光学观测设备,太阳分米波射电频谱仪1台射电波段观测设备。

宇宙线监测

在中科网中,进行宇宙线观测的台站有北京小牛坊站、广州站和羊八井站共计3个台站,进行地磁观测的设备有4套。羊八井用于太阳物理研究的的μ-中子望远镜、中子监测器及中子远望远镜等宇宙线观测设备,使羊八井的宇宙线观测品种在世界宇宙线观测站中是最全的,可提供40—360GeV高能宇宙线的变化及各向异性等信息。基于多品种观测优势,在23及正在发展的24次太阳活动峰年,3次捕获到稀有的太阳中子事件。

北京宇宙线台站采用18—NM—64型超中子堆设备,该设备是国际宁静太阳年期间(IQSY)推荐的宇宙线地面观测站的标准仪器。它主要记录初级宇宙线与大气层相互作用产生的核成份(P、N),即记录低能宇宙线强度的变化。

广州台站的µ介子多方向闪烁望远镜是国际宁静太阳年期间(IQSY)推荐的宇宙线地面观测站的标准仪器。它主要记录宇宙线垂直、东、西、南、北五个方向的µ介子,对于研究宇宙线µ介子强度长期连续变化及太阳活动引起的行星际磁场等拢动结构具有一定的意义。

电离层监测

在中科网中,进行电离层观测的台站有北京十三陵站、漠河站、三亚站、武汉站、海南富克站、福州站、厦门站、南宁站和广州站共计9个台站,进行电离层观测的设备有14台(套),其中数字测高仪有5台,电离层闪烁与TEC监测仪9台。

测高仪通过程序控制扫频发射无线电波,同步接收经电离层反射的回波信号,进而得到电离层状况和各特征参数。该设备采用DDS数字频率合成,脉冲编码和多普勒积分压缩、数字化接收机等各种先进技术,优化设计了多种先进的电离层观测模式,得到稳定可靠的频高图数据,并且有可靠先进的频高图自动度量和反演分析软件(ARTIST, SAO Explorer 等),完成数据分析、处理和传输。电离层数字测高仪探测得到的电离层频高图是电子浓度随高度的变化曲线,通过度量标定电离层频高图可以得到电离层的特征参数(foF2、foF1等),采用相关算法进一步反演可以得到电子浓度剖面。电离层频高图数据对于监测和研究电离层的结构及其变化有着重要的意思。

电离层闪烁和TEC监测仪利用在地面接收GPS卫星发射的双频信号,由于不同频率信号引起不同的传播时延,通过测量分析双频信号的时延差,可获得地面接收点与GPS卫星间电波路径上的电离层电子浓度总含量(TEC)。采样率30S,探测频率L1(1575.42MHz),L2(1227.6MHz),采用RS-232接口传输。电离层TEC数据表征的是卫星与地面观测站之间传播路径上的电子浓度总含量。采用单站TEC数据能够得到当地电离层TEC的时变图,采用多站电离层TEC数据可以实时驱动相关的电离层经验模式,得到我国区域的电离层TEC地图。

地磁监测

在中科网中,进行地磁观测的台站有北京十三陵站、漠河站、三亚站、海南富克站和廊坊站共计5个台站,进行地磁观测的设备有10(套)。磁通门磁力仪和感应式磁力仪都是记录地磁相对变化数据的监测设备,不同之处在于磁通门磁力仪反映当地地磁场各分量(D、H、Z、F)随时间的变化情况,而感应式磁力仪是反映地磁场X、Y、Z分量随时间的变化情况。地磁监测数据能表征出平静太阳日地磁场的Sq变化外,还能反映各种扰动(比如磁暴)对地球磁场的影响。获得的地磁数据资料对于地磁场变化特性研究以及地磁指数预报模型研究、地磁脉动指数研究都具有重要的意义。

大气监测

在中科网中,进行中高层大气的观测的台站有香河站、廊坊站、武汉小洪山站和合肥站共计4个台站,进行中高层大气观测的设备有5套。

香河站MST雷达可以研究中、高层大气风场的空间结构和时间变化,辩明中、高层大气中一些关键的动力学过程,弄清中、高层大气与电离层及低层大气的耦合机制。各高度层的水平风速、风向、垂直气流信号信噪比和廓线等数据。

廊坊站车载中频雷达采用空分天线阵体制,利用低电离层对中频电波的部分反射信号,探测中间层和低热层(MLT)的大气水平风场和电离层D层的电子密度,工作频率为1.99MHz,发射总功率高达64kW,探测高度分辨率为2km,时间分辨率为2min,风速测量系统误差为5%~10% ,实现了雷达系统全天候24小时无人值守观测。该中频雷达为国内首部可重部署中频雷达,雷达主机部署在车载平台上,雷达天线阵也采取了可重部署设计,可以在短期内完成在新建观测场址的雷达系统部署。

武汉小洪山站的激光雷达是国内第一台高空Na层探测激光雷达(获中科院科技进步二等奖,1998);发展了高空瑞利和高空Na层同时观测的双波长激光雷达,实现了近地面~110km高空瑞利散射和高空Na层的同时探测(获湖北省科技进步二等奖,2006);突破了Na原子滤光器的关键技术,使得Na层荧光激光雷达能够白天工作,并用于高空Na层激光雷达的24小时连续观测(获国家技术发明奖,2011)。

合肥站的瑞利-钠荧光激光雷达是从2006年5月开始进入常规长期观测的,激光雷达工作波长为532nm(用于气溶胶和大气温度、密度探测)和589nm(用于钠层密度探测)。在米散射模式下,532nm波长可以探测近地面到0km高度的大气气溶胶消光散射,垂直分辨率为15-150m;在瑞利工作模式下,532nm波长夜间可以探测到30km到70km的大气密度温度,垂直分辨率为150-300m;在钠荧光共振模式下,589nm波长可以探测夜间80-110km钠层密度廓线,垂直分辨率为75m-600m。本激光雷达主要有激光发射、光学接收和信号检测三部分组成,各部分的主要结构如图所示。激光雷达能够在晴朗夜间条件下实现常规观测,采集上传数据。

40km多普勒测风激光雷达系统,测量10~40km高度风场信息。激光发射机发射激光到大气中,激光大气分子的后向散射信号由望远镜接收并通过光纤耦合到光学接收机中,经过鉴频器由光电探测系统检测出激光多普勒信息,从而获得径向风速,四个方向扫描得到水平风场。本套设备是国内第一台,亚洲首次测量40km高度测风激光雷达,Optics Express副主编认为“该系统探测及对比结果引人瞩目,40km高度的风场探测少报到,该激光雷达是亚洲首次。”该系统2010年和2011年参与两次国家重大试验任务。

国家天文台-怀柔太阳观测基地

中科院空间环境监测网

怀柔台站隶属于中科院国家天文台,观测站位于北京怀柔水库北岸。是我国太阳磁场和速度场、射电观测与研究的重要基地之一。怀柔的太阳光学观测主要在太阳光球层次和太阳色球层次进行,可获得太阳光球、色球层次物理信息及太阳在多时空尺度的变化规律信息。受到国内外同行的积极评价,在国际权威学术期刊发表SCI论文600多篇、引用逾4500次。大多数光学设备同时是中国空间环境监测预警预报系统框架的龙头设备,它们为国家航空航天任务提供空间环境保障发挥了重要作用。

太阳射电望远镜是观测太阳大气的无线电辐射随时间变化的特征。怀柔台站的射电望远镜设备相关指标在国际同类设备中处于领先地位,获北京市2002年科技进步一等奖。可对太阳开展近乎全天候的监测,国内外学者利用该设备观测数据进行了大量观测研究,取得了丰富的科研成果,发表论文200篇以上。这些研究成果进一步促进提高了观测数据的利用率和应用价值,有广阔的科研前景。该设备作为中国空间环境监测网的组成部分,为国家航空航天任务提供空间环境保障发挥了重要作用。

全日面太阳光球磁场望远镜和全日面色球Ha望远镜

中科院空间环境监测网

10cm全日面光球磁场望远镜,它能获得波长为Fe 5324Å的全日面光球矢量磁场数据及20cm全日面Hα望远镜,它可获取波长为6562.8Å的全日面Hα色球单色像。

三通道太阳磁场望远镜和太阳磁场望远镜

中科院空间环境监测网

60cm三通道磁场望远镜,它可获得太阳5173Å 、5247Å 、5250Å三条谱线的单色像和矢量磁场数据及35cm磁场望远镜。

太阳射电频谱仪

中科院空间环境监测网

2.6-3.8 GHz频谱仪:频率分辨率10MHz,时间分辨率8毫秒,数据格式fit和jpg,数据量82 Mb~2.1Gb/10h。

5.2-7.6 GHz频谱仪:频率分辨率20MHz,时间分辨率5毫秒,数据格式fit和jpg,数据量82 Mb~3.4Gb/10h。

2840 MHz射电望远镜:天线直径2米,天线形式为抛物面,赤道式座架形式,频带范围2840MHz,偏振精度为无偏振。

云南天文台-昆明凤凰山站

中科院空间环境监测网

昆明凤凰山太阳观测基地隶属于中科院云南天文台,是我国太阳物理观测与研究的重要基地之一, 目前参加中国空间环境监测预警预报系统主要有三台观测设备,Hα全日面色球望远镜,太阳黑子望远镜和10米太阳射电望远镜。

全日面Hα全日面色球望远镜

中科院空间环境监测网

全日面Hα全日面色球望远镜,为赤道式折射望远镜,分别有色球、光球两个独立的光路,有效口径分别为180mm,透过带中心工作波长分别为Hα 6562.78 Å和5550 Å。1980年11月投入试运行,1981年5月色球望远镜正式投入常规巡视观测。Hα全日面色球望远镜是参加全球五国(中、美、奥、法、意)、六台站(云台、北台、大熊湖、康策尔赫、默东、卡塔尼亚)太阳全日面24小时Hα联合监测任务在中国的主干观测设备之一,每日资料在BBSO网站上向全球公布,是我国太阳观测资料在国际上的一个重要窗口。该望远镜还为国内的太阳活动预报提供对太阳的实时监测服务。早在“神舟”四号发射期间,我们开始了承担相关的监测服务,包括“神舟”四号和“神舟”五号载人飞船发射期间对太阳色球活动实时监测任务。2005年又承担了“神舟”六号载人飞船发射和返回期间对太阳活动的实时监测,为空间环境的安全预报提供重要实时信息。此外在党的“十七大”、“奥运会”、“嫦娥一号”、和“嫦娥二号”探月飞行期间,该望远镜均承担了提供空间天气资料的重要任务,得到有关部门的认可和表彰。

太阳黑子望远镜

中科院空间环境监测网

昆明观测站的太阳黑子观测开始于上世纪三十年代,太阳黑子观测仪器是5英寸赤道式望远镜,观测记录太阳黑子位置,大小和形状、结构等数据,计算出当天太阳黑子相对数和黑子面积。太阳黑子观测资料是研究太阳光球活动不可缺失的最基本的资料,特别研究太阳活动长期变化尤为重要。

太阳射电望远镜

中科院空间环境监测网

太阳射电望远镜是观测太阳大气的无线电辐射随时间变化的特征。昆明凤凰山10米太阳射电望远镜,始建于1983年,位于云南省昆明市东郊凤凰山云南天文台本部。历经多次升级改造,最近的一次终端设备的升级改造于2009年,安装了技术先进的数字频谱仪,观测频段为625-1500MHz(其中800-975MHz为通讯频率,因此观测频段并不包括此频段)。10米太阳射电望远镜已经观测获得大量的太阳射电爆发动态频谱及射电精细结构,其频谱分辨率达到200kHz,时间分辨率达到10-80ms可调。全天候监测太阳射电爆发,每天观测时间约为8:00~18:00(BT),每天的获得的观测数据约为7G。目前数据产品有:DAT格式的数据文件和GIF格式的图片文件。为了满足业务化的数据要求,又将增加FITs格式的数据文件和JPG格式的图片文件。目前的科学数据可以用于太阳射电爆发时日冕等离子体辐射的观测研究。昆明凤凰山太阳观测基地的全日面Hα全日面色球望远镜,太阳黑子望远镜以及太阳射电望远镜是中国空间环境监测预警预报系统中的关键设备,为国家航空航天任务提供空间环境保障发挥了重要作用。

国家空间科学中心-北京小牛坊站

中科院空间环境监测网

北京宇宙线台站隶属于中科院空间中心,位于北京市昌平区小牛房,经度:116.26°E,纬度:40.08° N,海拔高度:40米,地磁截止刚度:9.56 GV。台站于1983年建成,1984年正式投入观测。北京宇宙线台站采用18—NM—64型超中子堆设备,该设备是国际宁静太阳年期间(IQSY)推荐的宇宙线地面观测站的标准仪器。它主要记录初级宇宙线与大气层相互作用产生的核成份(P、N),即记录低能宇宙线强度的变化。通过研究这个变化,对于了解太阳的活动及行星际的调制过程是十分重要的。目前台站可实时提供5分钟和1小时中子计数,其数据资料已由世界数据中心中国空间科学学科中心编辑专刊,同时在中国科学院国家天文台主办的“太阳地球物理资料”月刊上出版,(该刊现在网上有电子版),并与世界数据中心建立了资料交换出版关系,如:美国空间物理学科中心主办的“SGD”月刊。

18—NM—64型超中子堆

中科院空间环境监测网

18—NM—64型超中子堆是由18支长为:191.cm,直径为:14.8cm BF3中子计数管及数据记录仪组成的全自动观测系统。它的特点是:有效面积大、统计精度高、反映灵敏、计数率高,超中子堆是目前宇宙线地面观测站最先进的设备之一。

国家空间科学中心-广州站

中科院空间环境监测网

广州站隶属于中科院空间中心,于2005年开始进行电离层观测,为中科院空间中心电离层GNSS监测网的主要站点之一。广州站位于东经113.2度,北纬23.1度,处于电离层赤道异常区的北部驼峰区,主要的电离层监测设备为电离层闪烁与TEC监测仪,可进行电离层闪烁现象监测和电离层TEC变化监测。

广州台站于2005年开始进行电离层观测,为中科院空间中心电离层GNSS监测网的主要站点之一。广州站的地理位置处于电离层赤道异常区的北部驼峰区,主要的电离层监测设备为电离层闪烁与TEC监测仪,可进行电离层闪烁现象监测和电离层TEC变化监测。

μ子望远镜

中科院空间环境监测网

广州µ介子多方向闪烁望远镜有效面积为:3m2,由24个相对独立的探头单元组成,每个单元包含:50×50×5cm塑料闪烁休、光导箱及GDB—44B 光电倍增管。24个单元上下两层搁置,层间距为:89cm (其中包含3cm 厚的铅层来吸收宇宙线的软成份)。上下两层符合组成可记录的垂直、东、西、南、北五个方向的µ介子。闪烁望远镜主要特点是:接收面积大、统计精度高、运行稳定以及寿命长等。

电离层闪烁与TEC监测仪

中科院空间环境监测网

电离层闪烁与TEC监测仪是由武汉大学电子信息学院研制,使用GPS/GLONASS双系统实时进行电离层电波闪烁和电离层TEC变化的监测。监测仪的核心部件是加拿大NovAtel公司的GPS/GLONASS双频双系统OEMV接收机主板,拥有48个卫星通道,最多可同时跟踪锁定24颗卫星(GPS和GLONASS各12颗卫星)的双频信号,并提供20Hz的高数据采样率,充分满足闪烁观测的高采样率需求。监测仪配套的监测软件具备丰富的可视化界面,可实时给出卫星星座图和当前锁定卫星的实时观测数据,同时还可显示每颗卫星当前观测的斜TEC和电离层闪烁指数S4的曲线图。软件可输出RINEX格式的卫星信标数据文件和闪烁数据观测文件,以及包含更多原始数据的二进制文件。

高能物理研究所-羊八井宇宙线观测站

中科院空间环境监测网

羊八井站地理位置为(30.1N,90.5E),海拔高度为4300m,相应的大气厚度为603g/cm2。羊八井的高海拔优势及羊八井宇宙线观测站开展国际合作近30年的基础,使羊八井的宇宙线观测及数据分析水平居于国际前列。

羊八井用于太阳物理研究的的μ-中子望远镜、中子监测器及中子远望远镜等宇宙线观测设备,使羊八井的宇宙线观测品种在世界宇宙线观测站中是最全的,可提供40—360GeV高能宇宙线的变化及各向异性等信息。基于多品种观测优势,在23及正在发展的24次太阳活动峰年,3次捕获到稀有的太阳中子事件。

μ-中子望远镜

中科院空间环境监测网

μ-中子望远镜是由中方自主建成的宇宙线观测设备,为世界海拔最高、角分辨最高的μ-中子望远镜,已全天24小时不间断连续运行7年。其中的μ子望远镜由上下各24个闪烁探测器构成,上下两层闪烁探测器相距130cm,通过上下各探测器的符合,可测定320 MeV 能量以上,来自77(7×11)个方向的宇宙线μ子计数。其中的中子监测器由3He 中子管构成的8个NM-64型中子探测器,探测500MeV - 20GeV能量范围的宇宙线粒子,同时采集这些粒子1、2、3、4、5、6、7及8以上多重数数据,数据记录为1 次/1秒,计数率大于106 /小时。μ-中子望远镜的数据采集系统是在Linux操作系统下工作,数据实时传输发布,为国内外相关研究领域提供实时数据。

weinxin
扫码,关注科塔学术公众号
致力于成为国内领先的科研与学术资源导航平台,让科研工作更简单、更有效率。内容专业,信息准确,更新及时。
avatar