CN112284441B - 一种用于天地联合监测太阳风的目标射电源选择方法 - Google Patents

一种用于天地联合监测太阳风的目标射电源选择方法 Download PDF

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CN112284441B CN202011114766.4A CN202011114766A CN112284441B CN 112284441 B CN112284441 B CN 112284441B CN 202011114766 A CN202011114766 A CN 202011114766A CN 112284441 B CN112284441 B CN 112284441B
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Abstract

本发明提供一种用于天地联合监测太阳风的目标射电源选择方法，利用射电源的公开数据库，以及深空航天器的星历，太阳和地球的位置等信息，通过坐标系转换和几何计算，筛选出从地球看向深空航天器视线方向附近的射电源，并进一步筛选出“太阳中心‑垂足P连线”与“太阳中心‑深空航天器连线”夹角和距离差较小的射电源，由此选择适合后续地基行星际闪烁测量和天基原位探测的联合观测的射电源。本发明具有射电源搜寻快速、搜寻成本低廉的特点，实现了联合观测前对射电源的快速搜寻以及对搜寻结果的可视化，为后续对深空太阳风的联合观测提供基础，有助于联合观测方案的制定，对太阳风观测和研究的实用性强。

Description

一种用于天地联合监测太阳风的目标射电源选择方法
技术领域
本申请涉及空间与天文的遥测与原位探测领域，具体涉及太阳风监测领域，更具体地涉及用于天地联合监测太阳风的目标射电源选择方法。
背景技术
关于太阳风研究及监测中，通过观测获得多点太阳风湍流的参数以及太阳风中不规则体的结构和传播特性具有重要意义，也是太阳风观测领域的难点。
Tappin在1986年利用对射电源的观测和一个太阳风原位探测数据库，统计了行星际闪烁和行星际质子密度的关系，但他并没有结合特定的一个深空探测器进行细致地分析。Asai等在1995年提出利用4个地面台站接收射电源发出的射电信号，通过行星际闪烁技术观测太阳风参数，但没有提出结合探测器的原位测量来研究太阳风。中科院国家天文台喻业钊和韩金林在2014年开发了一款《射电天空与观测源分布可视化软件》(也发表在2014年《天文研究与天文技术》上)，可以实时显示任何地面观测台站上方的射电天空背景，以及待观测射电源的信息，这对地基行星际闪烁观测的射电源选取有一定的帮助。但遗憾的是，该软件不是专门针对天地联合监测太阳风的目标，没有涉及深空航天器和太阳的位置，没有考虑太阳风的流向情况，所以也无法辅助将地基行星际闪烁观测和航天器的原位探测结合起来。
近几十年以来，许多航天器进入行星际空间，可以对太阳风进行原位探测，例如2018年发射的帕克太阳探针(PSP)。因此，人们可以联合地基行星际闪烁测量和天基深空航天器的原位探测更准确地分析太阳风，获得多点太阳风湍流的参数以及太阳风中不规则体的结构和传播特性。
联合地基行星际闪烁测量和天基深空航天器的原位探测对太阳风进行监测时，面临的一大难题是：如何搜寻适合联合监测的射电源。
发明内容
针对联合地基行星际闪烁测量和天基深空航天器的原位探测对太阳风进行监测的上述难题，本发明提供一种选择用于太阳风监测的目标射电源的方法以及太阳风监测方法。由此解决射电源的选择难题，同时为后续联合监测太阳风提供基础，有助于联合监测方案的制定。
根据本发明的第一方面，提供一种用于天地联合监测太阳风的目标射电源选择方法，该方法包括如下步骤：
获取表征射电源特征的射电源信息；
确定深空航天器在国际天球参考系直角坐标系下的星历；
从地球的视角搜寻与所述深空航天器角距离小于临界角距离的射电源，将搜寻的射电源作为可选射电源；
根据所述可选射电源的射电源信息选取初选射电源；
根据地球的空间坐标、所述初选射电源的空间坐标、所述深空航天器的空间坐标以及太阳的空间坐标的几何关系确定目标射电源。
可选地，获取表征射电源特征的射电源信息包括：自射电源的公开数据库获取如下射电源信息中的一种或多种：射电源的编号信息、位置信息、可视大小信息、射电频段信息和射电流量信息。
可选地，获取表征射电源特征的射电源信息还包括：
自射电源的公开数据库获取射电源在国际天球参考系下的位置信息，所述位置信息包括射电源在国际天球参考系下赤经和赤纬，以及距太阳系的距离；
将所述射电源在国际天球参考系下的位置信息转化为国际天球参考系直角坐标系下的坐标，以获得所述射电源的位置信息。
可选地，确定深空航天器在国际天球参考系直角坐标系下的星历包括以下步骤：
获取所述深空航天器的星历；
将所述深空航天器在不同时刻下的位置转换到国际天球参考系直角坐标系下，以获得所述深空航天器在国际天球参考系直角坐标系下的星历。
可选地，从地球的视角搜寻与所述深空航天器角距离小于临界角距离的射电源，将搜寻的射电源作为可选射电源包括以下步骤：
选取射电源与所述深空航天器的临界角距离θ；
确定射电源在所述国际天球参考系直角坐标系下的坐标(xRS，yRS，zRS)；
在时刻t，获取地球在所述国际天球参考系直角坐标系下的坐标(xE，yE，zE)，并查询所述深空航天器在国际天球参考系直角坐标系下的星历，以获得所述深空航天器在所述国际天球参考系直角坐标系下的坐标(xSC，ySC，zSC)；
根据公式(1)计算t时刻从地球的视角看，所述深空航天器与射电源的角距离α；
Figure BDA0002728074430000031
其中，矢量r1为地球指向深空航天器的矢量，矢量r2为地球指向射电源的矢量，并且r1＝(xSC-xE，ySC-yE，zSC-zE)，r2＝(xRS-xE，yRS-yE，zRS-zE)。
可选地，根据所述可选射电源的射电源信息选取初选射电源包括以下步骤：
确定射电源的可视大小临界值S0以及射电流量临界值F0；
确定所述可选射电源的可视大小S以及射电流量F；
选择S＞S0且F＞F0的射电源作为所述初选射电源。
可选地，根据所述可选射电源的射电源信息选取初选射电源包括以下步骤：
自太阳向地球与所述初选射电源的连线作垂线，确定所述垂线在所述连线上的垂足P；
确定时刻t时地球在国际天球参考系直角坐标系下的位置矢量rE＝(xE，yE，zE)，并定义所述垂足P与地球之间的距离为L；
确定时刻t时所述垂足P在国际天球参考系直角坐标系下的位置矢量：
Figure BDA0002728074430000032
Figure BDA0002728074430000033
确定时刻t时太阳中心在国际天球参考系直角坐标系下的位置矢量rS＝(xS，yS，zS)，所述深空航天器在国际天球参考系直角坐标系下的位置矢量rSC＝(xSC，ySC，zSC)；
根据公式(2)计算太阳中心-垂足P连线与太阳中心-深空航天器连线之间的夹角
Figure BDA0002728074430000037
Figure BDA0002728074430000034
根据公式(3)计算太阳中心-垂足P间距与太阳总线-深空航天器间距之间的差值Δr：
Δr＝|rP-rS|-|rSC-rS| (4)；
设定太阳中心-垂足P连线与太阳中心-航天器连线之间的临界夹角
Figure BDA0002728074430000035
以及太阳中心-垂足P间距与太阳中心-航天器间距之间的临界差值Δr0；
在所述初选射电源中选取
Figure BDA0002728074430000036
Δr＜Δr0的射电源作为所述目标射电源；
其中，rS-rP为所述垂足P指向太阳的矢量，rE-rP为所述垂足P指向地球的矢量。
可选地，确定时刻t时所述垂足P在国际天球参考系直角坐标系下的位置矢量rP还包括以下步骤：
根据公式(5)求解所述垂足P与地球之间的距离L：
(rS-rP)·(rE-rP)＝0 (5)；
Figure BDA0002728074430000041
将公式(6)带入公式(2)求解位置矢量rP。
可选地，所述的方法还包括以下步骤：
选择观测地点及观测时刻，并计算所述观测地点、观测时刻的局地恒星时与天顶方向；
根据所述局地恒星时以及所述天顶方向建立地平坐标系；
利用所述地平坐标系确定所述目标射电源的方位角以及仰角；
根据所述目标射电源的方位角及仰角确定所述目标射电源的观测效果。
可选地，所述射电源与所述深空航天器的临界角距离为θ＝10°。
可选地，所述射电源的可视大小临界值S0为15角秒，射电流量临界值F0为50mJy。
可选地，太阳中心-垂足P连线与太阳中心-航天器连线之间的临界夹角
Figure BDA0002728074430000042
以及太阳中心-垂足P间距与太阳中心-航天器间距之间的临界差值Δr0＝0.01AU。
如上所述，本发明的用于天地联合监测太阳风的目标射电源选择方法至少具有如下有益效果：
本发明利用射电源的公开数据库，以及深空航天器的星历，太阳和地球的位置等信息，通过坐标系转换和几何计算，筛选出从地球看向深空航天器视线方向附近的射电源(例如选择与所述深空航天器角距离小于临界角距离10°的射电源)，并进一步筛选出“太阳中心-垂足P连线”与“太阳中心-深空航天器连线”夹角和距离差较小的射电源(例如上述夹角小于25°，距离差小于0.01AU的射电源)，由此选择适合后续地基行星际闪烁测量和天基原位探测的联合观测的射电源。本发明具有射电源搜寻快速、搜寻成本低廉的特点，实现了联合观测前对射电源的快速搜寻以及对搜寻结果的可视化，为后续对深空太阳风的联合观测提供基础，有助于联合观测方案的制定，对太阳风观测和研究的实用性强。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1显示为本发明实施例一提供的用于天地联合监测太阳风的目标射电源选择方法的流程示意图。
图2显示为本发明实施例一的具体示例中从公开数据库中获取的射电源信息的部分数据集的示例。
图3显示为本发明实施例一的具体示例中将图2所示的数据集转换为本发明实施例一所述的射电源信息的部分信息示例。
图4显示为本发明实施例一的具体示例中帕克太阳探针(PSP)的星历的部分数据示例。
图5显示本发明实施例一的具体示例中帕克太阳探针(PSP)在ICRS直角坐标系下的星历的部分数据示例。
图6显示为本发明实施例一的具体示例中搜寻得到的从地球的视角看与帕克太阳探针PSP角距离较近的多个射电源，以及地球、太阳、PSP、PSP轨迹的示意图。
图7显示为本发明实施例一的具体示例中太阳S、地球E、深空航天器SC、射电源RS和垂足P点的几何关系示意图。
图8显示为本发明实施例一的具体示例中筛选出的目标射电源、PSP、太阳在贵州FAST天空的分布示意图，其中，圆点形代表太阳，方形代表PSP，星形为终选射电源；深色虚线为天球坐标经纬网，浅色实线同心圆与放射线为当地的地平坐标网，上方为北。
图9显示为明实施例一的具体示例中筛选出的目标射电源、PSP、太阳在内蒙古明安图天空的分布示意图，其中，圆点形代表太阳，方形代表PSP，星形为终选射电源；深色虚线为天球坐标经纬网，浅色实线同心圆与放射线为当地的地平坐标网，上方为北。
附图标记列表
1 太阳
2 地球
3 深空帕克太阳探针PSP
4 了PSP在6月7日12时前后30天的轨迹
5 射电源
6 东经106.86度，北纬25.65度的地平坐标网
6′ 东经115.01度，北纬42.31度的地平坐标网
7 东经106.86度，北纬25.65度的天顶
7′ 东经115.01度，北纬42.31度的天顶
8 天球坐标的经纬网10
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提供一种用于天地联合监测太阳风的目标射电源选择方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
S100：获取表征射电源特征的射电源信息；
在本实施例中，可以通过访问射电源的公开数据库，获取包含射电源信息的数据集，并从中提取出表征射电源特征的射电源编号信息、位置信息、可视大小信息、射电频段信息及射电流量信息等射电源信息。
目前常用的射电源公开数据库，有两个：
1.美国国家射电天文台甚大阵在北半球巡天获得的射电源目录(NVSS--NRAO VLASky Survey Catalog)，https：//heasarc.gsfc.nasa.gov/W3Browse/all/nvss.html；
2.澳大利亚国家射电天文台在南半球巡天获得的射电源目录(ATNF-AustraliaTele-scope National Facility)，http：//www.atnf.csiro.au/research/pulsar/psrcat/。
上述数据库都可以下载在本地工作站，以供使用。
数据库中的射电源位置信息通常包含射电源在国际天球参考系(ICRS)下的赤经和赤纬，以及距太阳系的距离。将射电源在国际天球参考系(ICRS)下的赤经和赤纬，以及距太阳系的距离读入本系统，并转化为ICRS直角坐标系下的坐标，从而获得射电源在ICRS直角坐标系下的位置信息。然后提取其它信息，形成包含射电源编号、在ICRS直角坐标系下位置以及其它信息的数据集。
S200：确定深空航天器在国际天球参考系直角坐标系下的星历；
该步骤中，首先获取深空航天器的星历，然后将不同深空航天器不同时刻下的位置转换至ICRS直角坐标系下，以获得深空航天器在ICRS直角坐标系下的星历。例如，可以从美国国家航空航天局(NASA)喷气推进实验室(JPL)HORIZONS系统获取深空航天器的星历；然后使用python的astropy程序包进行坐标转化，将深空航天器不同时刻下的位置转换至ICRS直角坐标系下，获得深空航天器在ICRS直角坐标系下的星历。
S300：从地球的视角搜寻与所述深空航天器角距离小于临界角距离的射电源，将搜寻的射电源作为可选射电源；
本实施例中，在ICRS直角坐标系下搜寻从地球的视角看与深空航天器角距离较近的射电源。具体地：
首先选取射电源与所述深空航天器的角距离临界值θ。实际监测中，在保证射电源行星际闪烁监测的太阳风和天基原位测量的太阳风为同一源区的基础上选择该角距离临界值θ，如果设定太大，则通过射电源行星际闪烁监测的太阳风和天基原位测量的太阳风显然不是同一源区的，失去联合监测同一个源区太阳风的意义；设定太小，则很有可能没有可选的射电源，无法开展天地联合监测。在本实施例中，上述角距离临界值θ为10°。在给定时刻t，获取地球在ICRS直角坐标系下的坐标，并查询深空航天器在ICRS直角坐标系下的星历，获取深空航天器在ICRS直角坐标系下的坐标。实际上，由于射电源距太阳系非常远(起码数千秒差距)，所以可近似认为射电源在ICRS下的坐标不随时间变化，因此射电源的坐标即为步骤S001获得的射电源数据集中的坐标。在ICRS直角坐标系下，记此时刻t地球的坐标为(xE，yE，zE)，深空航天器的坐标为(xSC，ySC，zSC)，射电源的坐标为(xRS，yRS，zRS)。则从地球指向深空航天器的矢量为r1＝(xSC-xE，ySC-yE，zSC-zE)，从地球指向该射电源的矢量为r2＝(xRS-xE，yRS-yE，zRS-zE)。则此时刻从地球的视角看，深空航天器与该射电源的角距离α有如下公式(1)表示为：
Figure BDA0002728074430000071
在此时刻t对于数据集中的每一个射电源，均计算从地球的视角看其与深空航天器的角距离α。
然后就将每一个射电源的角距离α并临界值θ对比，选出α＜θ的射电源作为可选射电源。
S400：根据所述可选射电源的射电源信息选取初选射电源；
经上述步骤S300确定了可选射电源之后，再进一步根据射电源的射电源信息选取初始射电源。在本实施例中，根据射电源的可视大小和射电流量信息(例如射电流量强弱)进一步筛选，确定可选射电源中可视大小较大、射电流量较强的射电源作为初选射电源。具体地：
选取射电源的可视大小临界值S0以及射电流量临界值F0。对于步骤S300搜寻到可选射电源，将每一个可选射电源的可视大小S和射电流量F分别与S0和F0比较，选出S＞S0且F＞F0的射电源作为初选射电源。根据地面射电望远镜的技术参数、行星际闪烁监测的有效性、前期观测经验等方面综合考虑评估得到上述射电源的可视大小临界值S0以及射电流量临界值F0。
S500：根据地球的空间坐标、所述初选射电源的空间坐标、所述深空航天器的空间坐标以及太阳的空间坐标的几何关系确定目标射电源。
对于步骤S400确定的每一个初选射电源(RS)，从太阳(S)向地球(E)与该初始射电源连线作垂线，得到垂足P。由上面步骤S300可知，ICRS直角坐标系下，地球的位置矢量为rE＝(xE，yE，zE)，设垂足P与地球之间的距离为L(L为正表示P点位于从地球指向该射电源的射线上，L为负表示P点位于从地球指向该射电源射线的反向延长线上)，则垂足P的位置矢量可以由如下公式(2)表示：
Figure BDA0002728074430000081
在ICRS直角坐标系下获得太阳中心(日心)(S)的位置矢量为rS＝(xS，yS，zS)，深空航天器(SC)的位矢为rSC＝(xSC，ySC，zSC)。从垂足P指向太阳的矢量为rS-rP，从垂足P指向地球的矢量为rE-rP，从太阳(即日心)指向P点的矢量为rP-rS，从太阳(即日心)指向深空航天器的矢量为rSC-rS。则对于该射电源，日心-垂足P的连线与日心-深空航天器的连线之间的夹角
Figure BDA0002728074430000082
可由如下公式(3)表示：
Figure BDA0002728074430000083
日心-垂足P的间距与日心-深空航天器的间距之间的差值Δr可由如下公式(4)表示：
Δr＝|rP-rS|-|rSC-rS| (4)。
选取日心-垂足P的连线与日心-深空航天器的连线之间的夹角临界值
Figure BDA0002728074430000084
以及日心-垂足P的间距与日心-深空航天器的间距之间的差值临界值Δr0，根据上述方法计算每一个初选射电源对应的
Figure BDA0002728074430000085
和Δr，并比较计算结果，选出
Figure BDA0002728074430000086
Δr＜Δr0的射电源作为用于太阳风观测的目标射电源。在保证天地联合监测的太阳风为同一个地方的太阳风的基础上，根据太阳风流管状态的经验评估设定上述数日心-垂足P的连线与日心-深空航天器的连线之间的夹角临界值
Figure BDA0002728074430000091
以及日心-垂足P的间距与日心-深空航天器的间距之间的差值临界值Δr0。
在可选实施例中，可根据如下步骤求解垂足P的位置矢量：
首先根据如下公式(5)求解垂足P与地球之间的距离L：
(rS-rP)·(rE-rP)＝0 (5)。
Figure BDA0002728074430000092
将公式(6)表示的L代入公式(2)
Figure BDA0002728074430000093
求垂足P的位置矢量rP，根据求得的垂足P的位置矢量rP以及上述公式(3)和公式(4)计算各初选射电源对应的
Figure BDA0002728074430000094
和Δr。
如上所述，本实施例所述的方法能够实现目标射电源的快速搜寻及确定，并且搜寻成本低，为后续对深空太阳风的联合观测提供基础，对太阳风观测和研究的实用性强。
完成上述目标射电源的选择之后，本实施例还包括如下步骤：
选择观测地点及观测时刻，并计算所述观测地点、观测时刻的局地恒星时与天顶方向；
根据所述局地恒星时以及所述天顶方向建立地平坐标系；
利用所述地平坐标系确定所述目标射电源的方位角以及仰角；
根据所述目标射电源的方位角及仰角确定所述目标射电源的观测效果。
为了进一步描述本实施例所述的方法，下面以搜寻2020年6月4日-6月9日期间适合用于联合地基行星际闪烁测量和深空帕克太阳探针PSP原位探测的射电源为例进行描述。
PSP(Parker solar probe)是美国国家航空航天局(NASA)于2018年发射的用于观测太阳外日冕的航天器，它将于2025年到达距日心最近9.86个太阳半径的位置，在绕太阳运行的过程中，它可以对太阳风中的不规则结构体进行原位探测。射电源的射电信号穿越太阳风中的不规则结构体时，会发生行星际闪烁。地基望远镜可以接收这些射电信号，并进行行星际闪烁反演。将PSP的原位探测与地基行星际闪烁测量联合，可以更好地分析太阳风中不规则体的结构和传播特性。
首先，访问澳大利亚国家射电天文台在南半球巡天获得的射电源目录(ATNF-Australia Telescope National Facility)，http：//www.atnf.csiro.au/research/pulsar/psrcat/。并将射电源的数据集下载到本地工作站上，图2给出了数据集的一示例，其中示出了数据集中的部分数据。数据集中的射电源位置信息包含射电源在国际天球参考系(ICRS)下的赤经和赤纬，通常也包含距太阳系的距离等。如图2所示，本实施例中，射电源在国际天球参考系(ICRS)下的赤经和赤纬分别为数据中的第5列和第6列数据，距太阳系的距离为数据中的第12列数据。图2所示的数据集中，“*”表示该射电源所缺少的某一信息。由于实际中射电源距太阳系都很远(起码数千秒差距)，所以若数据集中缺少某个射电源距太阳系的距离，则将距离设定为2千秒差距，这样的设定不会影响搜寻的准确性。将这些射电源的坐标转到ICRS直角坐标系下，并提取其它信息，生成用于计算和搜寻的数据集，如图3所示，示出了射电源信息的部分数据示例。
然后，访问NASA喷气推进实验室(JPL)HORIZONS系统，https：//ssd.jp1.nasa.gov/？horizons获取PSP覆盖2020年6月4日-6月9日的星历，如图4所示，示出了获取的上述PSP的星历的部分数据截图。该星历采用的坐标系为以太阳系质心为原点的平均春分点黄道坐标系，将此星历下PSP的位置坐标转换到ICRS直角坐标系下，得到PSP在ICRS直角坐标系下的星历，如图5所示。图5同样仅示出了部分数据的截图。
之后，在ICRS直角坐标系下搜寻从地球的视角看与PSP角距离较近的射电源。具体地，选取角距离临界值θ＝10°，从2020年6月4日0时到6月10日0时，每隔两小时搜寻一次。在对应的时刻，对数据集中每一个射电源都计算从地球的视角看PSP与射电源的角距离α，并筛选出α＜10°的射电源，作为可选射电源。2020年6月7日12时的搜寻结果如图6所示，图中分别示出了太阳1、地球2以及PSP3在6月7日12时的位置，同时示出了PSP在6月7日12时前后30天的轨迹4。从地球出发不同的线段代表从地球看向筛选出的α＜10°的射电源5的视线，线段末端标出了射电源的编号。
之后，在以角距离筛选出可选射电源的基础上，进一步筛选，确定可视大小较大、射电流量较强的射电源作为初选射电源(可参见图8)。选取射电源的可视大小临界值S0以及射电流量临界值F0。对于步骤S300搜寻到可选射电源，将每一个可选射电源的可视大小S和射电流量F分别与S0和F0比较，选出S＞S0且F＞F0的射电源作为初选射电源。本示例中搜寻得到的初选射电源及其相关信息的部分数据如下表1所示：
表1初选射电源及其相关信息的部分数据
Figure BDA0002728074430000101
Figure BDA0002728074430000111
上表1中，P点距角为从地球观察，日心与P分开的角度。
确定了上述初选射电源之后，进一步搜寻所需的目标射电源。首先，对于每一个初选射电源，如图7所示，从太阳向地球与该射电源连线作垂线，得到垂足P。再次参照图6，其中不同线段上的射电源5即代表不同射电源对应的垂足P。仍然参照图7，选取日心-垂足P连线与日心-PSP连线之间的夹角
Figure BDA0002728074430000112
的临界值为
Figure BDA0002728074430000113
日心-P点间距与日心-航天器间距之间的差值Δr的临界值为Δr0＝0.01AU，则选出的
Figure BDA0002728074430000114
Δr＜Δr0的目标射电源的编号为B0531+21。该目标射电源及其相关信息如下表2所示：
表2目标射电源的相关信息
Figure BDA0002728074430000115
Figure BDA0002728074430000121
最后，根据所指定的时间与观测地点(以2020年6月7日北京时间12时，位于贵州省黔东南州的“中国天眼”FAST——东经106.86度，北纬25.65度为例)，计算当时、当地平恒星时为4时11分30.6秒，进而建立地平坐标系，如图8所示。图8示出了太阳1及PSP 3和目标射电源5，较深颜色的虚线示出了天球坐标的经纬网8，较浅颜色的实线示出了当地(即东经106.86度，北纬25.65度)的地平坐标网6，图8还示出了当地的天顶7。使用本系统即可求出当时、当地B0531+21这一射电源从正北向东算起的方位角为96度14分18.0秒，仰角为+70度25分27.7秒，其位置较高，不易被建筑物等遮挡，地面观测效果也较好。
同样，在同一北京时间模拟子午二期工程的行星际闪烁监测站(明安图，东经115.01度，北纬42.31度)，计算当时当地的平恒星时为4时44分6.6秒，建立地平坐标系，如图9所示。图9同样示出了太阳1及PSP 3和目标射电源5，较深颜色的虚线示出了天球坐标的经纬网8，较浅颜色的实线示出了当地(即东经115.01度，北纬42.31度)的地平坐标网6′，图9还示出了当地的天顶7′。利用本系统求出B0531+21射电源在明安图站观测的方位角为147度57分50.6秒，仰角为+67度1分26.1秒，也宜于观测。
如上所述，本发明的用于天地联合监测太阳风的目标射电源选择方法至少具有如下有益效果：
本发明利用射电源的公开数据库，以及深空航天器的星历，太阳和地球的位置等信息，通过坐标系转换和几何计算，筛选出从地球看向深空航天器视线方向附近的射电源(例如选择与所述深空航天器角距离小于临界角距离10°的射电源)，并进一步筛选出“太阳中心-垂足P连线”与“太阳中心-深空航天器连线”夹角和距离差较小的射电源(例如上述夹角小于25°，距离差小于0.01AU的射电源)，由此选择适合后续地基行星际闪烁测量和天基原位探测的联合观测的射电源。本发明具有射电源搜寻快速、搜寻成本低廉的特点，实现了联合观测前对射电源的快速搜寻以及对搜寻结果的可视化，为后续对深空太阳风的联合观测提供基础，有助于联合观测方案的制定，对太阳风观测和研究的实用性强。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (11)

1.一种用于天地联合监测太阳风的目标射电源选择方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取表征射电源特征的射电源信息；
确定深空航天器在国际天球参考系直角坐标系下的星历；
从地球的视角搜寻与所述深空航天器角距离小于临界角距离的射电源，将搜寻的射电源作为可选射电源；
根据所述可选射电源的射电源信息选取初选射电源；
根据地球的空间坐标、所述初选射电源的空间坐标、所述深空航天器的空间坐标以及太阳的空间坐标的几何关系确定目标射电源；
选择观测地点及观测时刻，并计算所述观测地点、观测时刻的局地恒星时与天顶方向；
根据所述局地恒星时以及所述天顶方向建立地平坐标系；
利用所述地平坐标系确定所述目标射电源的方位角以及仰角；
根据所述目标射电源的方位角及仰角评估所述目标射电源在天地联合监测太阳风中的观测效果。
2.根据权利要求1所述的目标射电源选择方法，其特征在于，获取表征射电源特征的射电源信息包括：自射电源的公开数据库获取如下射电源信息中的一种或多种：射电源的编号信息、位置信息、可视大小信息、射电频段信息和射电流量信息。
3.根据权利要求2所述的目标射电源选择方法，其特征在于，获取表征射电源特征的射电源信息还包括：
自射电源的公开数据库获取射电源在国际天球参考系下的位置信息，所述位置信息包括射电源在国际天球参考系下赤经和赤纬，以及距太阳系的距离；
将所述射电源在国际天球参考系下的位置信息转化为国际天球参考系直角坐标系下的坐标，以获得所述射电源的位置信息。
4.根据权利要求1所述的目标射电源选择方法，其特征在于，确定深空航天器在国际天球参考系直角坐标系下的星历包括以下步骤：
获取所述深空航天器的星历；
将所述深空航天器在不同时刻下的位置转换到国际天球参考系直角坐标系下，以获得所述深空航天器在国际天球参考系直角坐标系下的星历。
5.根据权利要求1所述的目标射电源选择方法，其特征在于，从地球的视角搜寻与所述深空航天器角距离小于临界角距离的射电源，将搜寻的射电源作为可选射电源包括以下步骤：
选取射电源与所述深空航天器的临界角距离θ；
确定射电源在所述国际天球参考系直角坐标系下的坐标(xRS,yRS,zRS)；
在时刻t，获取地球在所述国际天球参考系直角坐标系下的坐标(xE,yE,zE)，并查询所述深空航天器在国际天球参考系直角坐标系下的星历，以获得所述深空航天器在所述国际天球参考系直角坐标系下的坐标(xSC,ySC,zSC)；
根据公式(1)计算t时刻从地球的视角看，所述深空航天器与射电源的角距离α；
Figure FDA0003144656310000021
其中，矢量r1为地球指向深空航天器的矢量，矢量r2为地球指向射电源的矢量，并且r1＝(xSC-xE,ySC-yE,zSC-zE)，r2＝(xRS-xE,yRS-yE,zRS-zE)。
6.根据权利要求5所述的目标射电源选择方法，其特征在于，根据所述可选射电源的射电源信息选取初选射电源包括以下步骤：
确定射电源的可视大小临界值S0以及射电流量临界值F0；
确定所述可选射电源的可视大小S以及射电流量F；
选择S>S0且F>F0的射电源作为所述初选射电源。
7.根据权利要求1或6所述的目标射电源选择方法，其特征在于，根据所述可选射电源的射电源信息选取初选射电源包括以下步骤：
自太阳向地球与所述初选射电源的连线作垂线，确定所述垂线在所述连线上的垂足P；
确定时刻t时地球在国际天球参考系直角坐标系下的位置矢量rE＝(xE,yE,zE)，并定义所述垂足P与地球之间的距离为L；
确定时刻t时所述垂足P在国际天球参考系直角坐标系下的位置矢量:
Figure FDA0003144656310000022
Figure FDA0003144656310000023
确定时刻t时太阳中心在国际天球参考系直角坐标系下的位置矢量rS＝(xS,yS,zS)，所述深空航天器在国际天球参考系直角坐标系下的位置矢量rSC＝(xSC,ySC,zSC)；
根据公式(2)计算太阳中心-垂足P连线与太阳中心-深空航天器连线之间的夹角
Figure FDA0003144656310000031
Figure FDA0003144656310000032
根据公式(3)计算太阳中心-垂足P间距与太阳总线-深空航天器间距之间的差值Δr：
Δr＝|rP-rS|-|rSC-rS| (4)；
设定太阳中心-垂足P连线与太阳中心-航天器连线之间的临界夹角
Figure FDA0003144656310000033
以及太阳中心-垂足P间距与太阳中心-航天器间距之间的临界差值Δr0；
在所述初选射电源中选取
Figure FDA0003144656310000034
Δr<Δr0的射电源作为所述目标射电源；
其中，rS-rP为所述垂足P指向太阳的矢量，rE-rP为所述垂足P指向地球的矢量。
8.根据权利要求7所述的目标射电源选择方法，其特征在于，确定时刻t时所述垂足P在国际天球参考系直角坐标系下的位置矢量rP还包括以下步骤：
根据公式(5)求解所述垂足P与地球之间的距离L：
(rS-rP)·(rE-rP)＝0 (5)；
Figure FDA0003144656310000035
将公式(6)带入公式(2)求解位置矢量rP。
9.根据权利要求1所述的目标射电源选择方法，其特征在于，所述射电源与所述深空航天器的临界角距离为θ＝10°。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述射电源的可视大小临界值S0为15角秒，射电流量临界值F0为50mJy。
11.根据权利要求1所述的目标射电源选择方法，其特征在于，太阳中心-垂足P连线与太阳中心-航天器连线之间的临界夹角
Figure FDA0003144656310000036
以及太阳中心-垂足P间距与太阳中心-航天器间距之间的临界差值Δr0＝0.01AU。
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