CN113359128A - 低频射电天文观测和电离层主动探测系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种低频射电天文观测和电离层主动探测系统，所述系统包括：收发装置，包括正交的第一天线、第二天线、第三天线；低频射电天文观测装置，用于根据天线模块接收到的各个射频信号的功率确定射频信号的来波方向及运动轨迹；电离层主动探测装置，包括：信号发射模块，用于发射第一发射射频信号、第二发射射频信号；接收模块，设置在地面，用于接收第一接收射频信号及第二接收射频信号；信号处理模块，连接于接收模块，用于根据经处理后的第一接收射频信号及经处理后的第二接收射频信号确定电离层的变化信息。本公开实施例的电离层主动探测装置及低频射电天文观测装置共用收发装置，可以低成本、高效率地实现低频射电及电离层参数的探测。

Description

低频射电天文观测和电离层主动探测系统

技术领域

本公开涉及空间探测技术领域，尤其涉及一种低频射电天文观测和电离层主动探测系统。

背景技术

长波射电天文覆盖的范围包括十米波、百米波和千米波的范围，因为地球电离层的反射，地基设备对这一频段范围不能实现很好的探测，且目前国内还没有该频段观测体系。

太阳是非常强的射电源：叠加在宁静太阳热发射的是强射电爆发，这些与太阳耀斑和CME(日冕物质抛射)，并抛射离子等离子体云至行星际空间。

太阳射电辐射常常产生在CME驱动的冲击(shocks)中，因此，对这些射电辐射的监测和分析，将会提供一个非常重要、且不可替代的方法去追踪CME在日冕和行星际空间传播，以及与太阳风、CME、或其他日冕及行星际结构(如stream，电流片等)相互作用的过程，对空间天气预警预测具有非常重要的参考价值。由于射电频率和本地等离子密度电子密度有关，而密度又主要依赖于到太阳的距离，因此，如果监测频率低至 100kHz，将可以监测距离太阳约0.5AU以内的射电辐射现象。同时在早期中性氢、暗物质探测等方面15MHz以下射电窗口也是重要的观测窗口。如早期中性氢(z＞10)的辐射等等。在低频电磁波频带，部分行星类天体不仅存在热辐射，还存在非热的爆发辐射。其中代表性的非热辐射是行星极光射电辐射爆发，包括行星千米波爆发、木星百米波爆发、木星十米波爆发。在太阳系对这些爆发已经开展了数十年的地面和空间探测，这些探测方法可以作为遥感手段拓展用于对木星磁场及其内部构造的探测。然而，关于行星射电爆发及其变化特性和机理尚未得到完全的揭示，还有许多待解之谜，系外行星系统极可能发生类似的低频射电爆发，目前相关技术无法实现对低频射电的有效监测。

另一方面，电离层(Ionosphere)是地球大气的一个电离区域，是受太阳高能辐射以及宇宙线的激励而电离的大气高层。在太阳紫外线、X射线、Y射线和高能粒子等作用下，电离层中的中性气体分子被电离，产生大量的自由电子和正负离子，从而形成了一个电离区域。信号在穿过电离层时，其传播速度会发生变化，变化的程度主要取决于电离层中的电子密度和信号频率，其传播路径也会略微弯曲，从而使得信号的传播时间乘上真空的光速后所得到的距离不等于信号至接收机的几何距离。电离层的变化参数是重要的空间天气监测数据，在通信保障、空间环境等方面起着重要的作用，因此，实现对电离层的快速、实时、准确测量具有重要意义。

如何低成本、高效率地实现低频射电及电离层参数的探测，成了当下亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种低频射电天文观测和电离层主动探测系统，所述系统包括：

收发装置，设置在距离电离层上预设高度的空间飞行器平台上，包括天线模块，所述天线模块包括正交的第一天线、第二天线、第三天线；

低频射电天文观测装置，设置在距离电离层上预设高度的空间飞行器平台上，连接于所述收发装置，用于根据所述天线模块接收到的各个射频信号的功率确定射频信号的来波方向及运动轨迹；

电离层主动探测装置，连接于所述收发装置，包括：

信号发射模块，设置在距离电离层上预设高度的空间飞行器平台上，用于通过所述第一天线、第二天线、第三天线中的任意两个天线发射第一发射射频信号、第二发射射频信号，其中，所述第一发射射频信号和所述第二发射射频信号为幅度、频率、相位相等、且正交的标准线极化波；

接收模块，设置在地面，用于接收第一接收射频信号及第二接收射频信号，并输出经处理后的第一接收射频信号及经处理后的第二接收射频信号，其中，所述第一接收射频信号为所述第一发射射频信号经过电离层后的射频信号，所述第二接收射频信号为所述第二发射射频信号经过电离层后的射频信号；

信号处理模块，设置在地面，连接于所述接收模块，用于根据所述经处理后的第一接收射频信号及所述经处理后的第二接收射频信号确定电离层的变化信息。

在一种可能的实施方式中，所述第一天线、第二天线、第三天线呈三正交分布状态，其中所述第一天线设置为朝向太阳的方向，所述第二天线设置为平行于太阳的方向，所述第三天线设置为垂直于所述第一天线、所述第二天线构成的平面，

其中，所述收发装置还包括天线切换模块，所述天线切换模块包括第一微波开关、第二微波开关，

所述第一微波开关的第一端连接于所述第一天线，所述第一微波开关的第二端连接于所述低频射电天文观测装置，所述第一微波开关的第三端连接于所述电离层主动探测装置，所述第一微波开关用于切换所述第一天线与所述低频射电天文观测装置的连接或与所述电离层主动探测装置的连接；

所述第二微波开关的第一端连接于所述第二天线，所述第二微波开关的第二端连接于所述低频射电天文观测装置，所述第二微波开关的第三端连接于所述电离层主动探测装置，所述第二微波开关用于切换所述第二天线与所述低频射电天文观测装置的连接或与所述电离层主动探测装置的连接。

在一种可能的实施方式中，所述低频射电天文观测装置包括三个信号接收处理模块，各个信号接收处理模块分别与各个天线对应，其中，每个信号接收处理模块均包括一级放大单元、带通滤波单元、二级放大单元、模数转换单元、信号处理单元、信号发送单元，其中，

所述一级放大单元用于对天线接收的信号进行初次放大，得到初次放大后的信号；

所述带通滤波单元，连接于所述一级放大单元，用于对所述初次放大的信号进行带通滤波，得到带通滤波后的信号；

所述二级放大单元，连接于所述带通滤波单元，用于对所述带通滤波后的信号进行再次放大，得到再次放大的信号；

所述模数转换单元，连接于所述二级放大单元，用于对所述再次放大的信号进行模数转换，得到转换后的数字信号；

所述信号处理单元，连接于所述模数转换单元，用于对转换后的数字信号进行处理，得到处理结果，所述处理结果包括射频信号的来波方向和运动轨迹；

所述信号发送单元，连接于所述信号处理单元，用于发送所述处理结果。

在一种可能的实施方式中，所述一级放大单元包括低噪声放大器，所述低噪声放大器的噪声频谱密度小于

放大增益大于30dB；

所述带通滤波单元包括模拟高通滤波器、模拟低通滤波器，所述模拟高通滤波器的通带大于80kHz，所述模拟低通滤波器的通带小于50MHz；

所述二级放大单元包括功率放大器，所述功率放大器的增益大于30dB；

所述模数转换单元包括模数转换器，所述模数转换器的采样率高于80Msps，采用量化位数大于10bit；

所述信号处理单元包括信号处理器、可编程门阵列、中央处理器、微处理器的至少一种；

所述信号发送单元包括信号发射器。

在一种可能的实施方式中，所述低频射电天文观测装置还包括：

存储模块，用于存储所述处理结果；

时频模块，包括星载高精度时钟和时钟驱动芯片，所述星载高精度时钟和所述时钟驱动芯片连接，所述时钟驱动芯片分别与所述模数转换单元、信号处理单元连接，用于提供时钟驱动信号、同步信号、频率信号；

电源模块，包括大功率DC/DC转换器单元及低压差线性稳压器单元，所述大功率DC/DC转换器单元用于为所述带通滤波单元、二级放大单元、模数转换单元、信号处理单元、信号发送单元、存储模块供电，所述低压差线性稳压器单元用于为所述低噪声放大器供电。

在一种可能的实施方式中，所述信号发射模块包括：

第一信号产生单元、第二信号产生单元，所述第一信号产生单元的输出端用于输出所述第一发射射频信号，所述第二信号产生单元用于输出所述第二发射射频信号，其中，

所述第一信号产生单元、所述第二信号产生单元均包括数字信号处理器、程控数字信号合成器、滤波器、隔离器及功率放大器，其中，

所述数字信号处理器的输出端连接于所述程控数字信号合成器的输入端，所述数字信号处理器用于输出发射射频信号产生信息，所述发射射频信号产生信息包括频率、相位、幅度；

所述程控数字信号合成器的输出端连接于所述滤波器的输入端，所述程控数字信号合成器用于根据所述发射射频信号产生信息产生初始发射射频信号，

所述滤波器的输出端连接于所述隔离器的输入端，所述滤波器用于对所述初始发射射频信号进行滤波，输出滤波后的初始发射射频信号，

所述隔离器的输出端连接于所述功率放大器的输入端，所述隔离器用于对滤波后的初始发射射频信号进行输出匹配，输出匹配后的初始发射射频信号，

所述功率放大器用于根据所述匹配后的初始发射射频信号输出功率放大后的发射射频信号。

在一种可能的实施方式中，所述接收模块包括第一接收机、第二接收机，所述第一接收机用于接收所述第一接收射频信号，并输出经处理后的第一接收射频信号，所述第二接收机用于接收所述第二接收射频信号，并输出经处理后的第二接收射频信号，

其中，所述第一接收机包括第一接收天线，所述第二接收机包括第二接收天线，所述第一接收天线及所述第二接收天线为正交极化天线，所述第一接收机及所述第二接收机具有相同的相频响应及幅频响应，

所述第一接收机及所述第二接收机均包括：

第一放大器，输入端连接于接收天线，用于对接收射频信号进行第一级放大，输出经第一级放大后的接收射频信号；

第一带通滤波器，输入端连接于所述第一放大器的输出端，用于对所述经第一级放大后的接收射频信号进行第一次带通滤波，输出经第一次带通滤波后的接收射频信号，

第二放大器，输入端连接于所述第一带通滤波器的输出端，用于对带通滤波后的接收射频信号进行第二级放大，输出经第二级放大后的接收射频信号；

第二带通滤波器，输入端连接于所述第二放大器的输出端，用于对经第二级放大后的接收射频信号进行第二次带通滤波，得到经第二次带通滤波后的接收射频信号；

第三放大器，输入端连接于所述第二带通滤波器的输出端，用于对经第二次带通滤波后的接收射频信号进行第三级放大，输出经第三级放大后的接收射频信号，即经处理后的射频接收信号。

在一种可能的实施方式中，所述信号处理模块包括第一信号处理单元、第二信号处理单元，其中，

所述第一信号处理单元的第一输入端、第二输入端分别连接于所述第一接收机及所述第二接收机的输出端，分别用于接收所述第一接收机输出的经处理后的第一射频接收信号、所述第二接收机输出的经处理后的第二射频接收信号，所述第一信号处理单元用于：对经处理后的第一射频接收信号及经处理后的第二射频接收信号进行模数转换，得到与经处理后的第一射频接收信号对应的第一数字信号及与经处理后的第二射频接收信号对应的第二数字信号，

所述第二信号处理单元的输入端连接于所述第一信号处理单元的输出端，用于：

根据所述第一数字信号得到第一旋向信号，根据所述第二数字信号得到第二旋向信号；

根据所述第一旋向信号及所述第二旋向信号确定目标相位关系；

根据所述目标相位关系确定电离层的变化信息。

在一种可能的实施方式中，所述根据所述第一旋向信号及所述第二旋向信号确定目标相位关系，包括：

生成中间信号，其中，所述中间信号的频率与所述第一发射射频信号、所述第二发射射频信号的频率相同；

将所述中间信号与所述第一旋向信号及所述第二旋向信号分别相乘，得到第一乘法信号及第二乘法信号；

将所述第一乘法信号及所述第二乘法信号进行低通滤波，并根据滤波后的所述第一乘法信号及所述第二乘法信号得到所述目标相位关系。

在一种可能的实施方式中，所述空间飞行器平台包括卫星，

所述电离层的变化信息包括等离子体频率变化量、电子密度。

通过以上系统，本公开实施例可以实现对低频射电信号的探测，确定视频信号的来波方向及运动轨迹，并可以利用电离层主动探测装置主动发射幅度、频率、相位相等、且正交的第一发射射频信号、第二发射射频信号，利用接收装置接收所述第一发射射频信号经过电离层后的第一接收射频信号、所述第二发射射频信号经过电离层后的第二接收射频信号，并对第一接收射频信号、第二接收射频信号进行处理，输出经处理后的第一接收射频信号及经处理后的第二接收射频信号，利用信号处理装置根据所述经处理后的第一接收射频信号及所述经处理后的第二接收射频信号得到第一旋向信号、第二旋向信号，根据所述第一旋向信号及所述第二旋向信号确定目标相位关系，根据所述目标相位关系确定电离层的变化信息，以实现对电离层的快速、实时、准确测量，并且，电离层主动探测装置及低频射电天文观测装置共用收发装置，可以降低系统的成本，本公开实施例的系统可以低成本、高效率地实现低频射电及电离层参数的探测。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出了根据本公开一实施例的低频射电天文观测和电离层主动探测系统的框图。

图2示出了根据本公开一实施例的低频射电天文观测和电离层主动探测系统的框图。

图3示出了根据本公开一实施例的低频射电天文观测和电离层主动探测系统的示意图。

图4示出了根据本公开一实施例的低频射电天文观测装置的部分示意图。

图5示出了根据本公开一实施例的三正交天线测量来波方向示意图。

图6示出了根据本发明一实施例的电离层主动探测系统的部分示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

请参阅图1，图1示出了根据本公开一实施例的低频射电天文观测和电离层主动探测系统的框图。

如图1所示，所述系统包括：

收发装置2，设置在距离电离层上预设高度的空间飞行器平台上，包括天线模块201，所述天线模块201包括正交的第一天线2011、第二天线2012、第三天线2013；

低频射电天文观测装置3，设置在距离电离层上预设高度的空间飞行器平台上，连接于所述收发装置2，用于根据所述天线模块201接收到的各个射频信号的功率确定射频信号的来波方向及运动轨迹；

电离层主动探测装置1，连接于所述收发装置2，包括：

信号发射模块10，设置在距离电离层上预设高度的空间飞行器平台上，用于通过所述第一天线、第二天线、第三天线中的任意两个天线发射第一发射射频信号、第二发射射频信号，其中，所述第一发射射频信号和所述第二发射射频信号为幅度、频率、相位相等、且正交的标准线极化波；

接收模块20，设置在地面，用于接收第一接收射频信号及第二接收射频信号，并输出经处理后的第一接收射频信号及经处理后的第二接收射频信号，其中，所述第一接收射频信号为所述第一发射射频信号经过电离层后的射频信号，所述第二接收射频信号为所述第二发射射频信号经过电离层后的射频信号；

信号处理模块30，设置在地面，连接于所述接收模块20，用于根据所述经处理后的第一接收射频信号及所述经处理后的第二接收射频信号确定电离层的变化信息。

通过以上系统，本公开实施例可以实现对低频射电信号的探测，确定视频信号的来波方向及运动轨迹，并可以利用电离层主动探测装置主动发射幅度、频率、相位相等、且正交的第一发射射频信号、第二发射射频信号，利用接收装置接收所述第一发射射频信号经过电离层后的第一接收射频信号、所述第二发射射频信号经过电离层后的第二接收射频信号，并对第一接收射频信号、第二接收射频信号进行处理，输出经处理后的第一接收射频信号及经处理后的第二接收射频信号，利用信号处理装置根据所述经处理后的第一接收射频信号及所述经处理后的第二接收射频信号得到第一旋向信号、第二旋向信号，根据所述第一旋向信号及所述第二旋向信号确定目标相位关系，根据所述目标相位关系确定电离层的变化信息，以实现对电离层的快速、实时、准确测量，并且，电离层主动探测装置及低频射电天文观测装置共用收发装置，可以降低系统的成本，本公开实施例的系统可以低成本、高效率地实现低频射电及电离层参数的探测。本公开实施例的电天文观测和电离层主动探测系统适用于在卫星平台上实现对100KHz-20MHz日冕物质抛射时产生的电磁波进行观测，同时通过三个正交的电场传感器(天线)可以判断日冕抛射物质的运动方向，进而对未来可能发生的空间天气事件做出初步的判断。

在一种可能的实施方式中，所述空间飞行器平台包括卫星，所述电离层的变化信息包括等离子体频率变化量、电子密度等。

在一个示例中，各个天线可以为电场传感器。

请参阅图2，图2示出了根据本公开一实施例的低频射电天文观测和电离层主动探测系统的框图。

请参阅图3，图3示出了根据本公开一实施例的低频射电天文观测和电离层主动探测系统的示意图。

在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述第一天线2011、第二天线2012、第三天线2013呈三正交分布状态，其中所述第一天线2011设置为朝向太阳的方向，所述第二天线2012设置为平行于太阳的方向，所述第三天线2013设置为垂直于所述第一天线2011、所述第二天线2012构成的平面。

在一个示例中，三个电场传感器(天线)在卫星发射时收缩设置在卫星外表面，由常规空间展开装置在卫星入轨后将其展开，电场传感器为低损耗金属杆，例如低损耗金属为铍铜合金，长度为5米以上，三个电场传感器通过支架呈X、Y、Z三正交分布状态设置在卫星上，其中X方向为朝向太阳方向，Y轴为平行于太阳方向，Z轴垂直于X轴、Y 轴构成的平面，这就构成了一个朝向太阳的正交测试三维坐标系，用于测量X、Y、Z方向上的电场强度EX、EY、EZ；并将三个方向上的电场信号Ex、Ey、Ez通过三个电场强度之间的比值来确定信号的来波方向。

在一个示例中，如图2所示，所述收发装置2还可以包括天线切换模块202。

在一个示例中，如图3所示，所述天线切换模块202可以包括第一微波开关2021、第二微波开关2022，

所述第一微波开关2021的第一端连接于所述第一天线2011，所述第一微波开关2021 的第二端连接于所述低频射电天文观测装置3，所述第一微波开关2021的第三端连接于所述电离层主动探测装置1，所述第一微波开关2021用于切换所述第一天线2011与所述低频射电天文观测装置3的连接或与所述电离层主动探测装置1的连接；

所述第二微波开关2022的第一端连接于所述第二天线2012，所述第二微波开关2022 的第二端连接于所述低频射电天文观测装置3，所述第二微波开关2022的第三端连接于所述电离层主动探测装置1，所述第二微波开关2022用于切换所述第二天线2012与所述低频射电天文观测装置3的连接或与所述电离层主动探测装置1的连接。

本公开实施例通过微波开关对天线与装置之间的通路进行控制，可以实现天线模块的复用，以降低成本。

在一种可能的实施方式中，所述天线模块还可以包括至少一个调整单元，所述调整单元用于根据控制信号调整所述天线模块中的天线的伸缩长度，以使得天线在发射信号时匹配到目标发射效率。例如，天线在某一频率上的最佳谐振长度等于该频率对应波长的1/2，为此，本公开实施例可以通过调整单元调节振子天线长度，使得天线具有同步匹配不同发射信号最佳长度。

在一个示例中，调整单元可以包括电机、伸缩杆或其他器件、机构，以根据控制信号或根据程控数字信号合成器产生的射频信号的频率将天线的伸缩长度调整为目标长度(与发射频率匹配的谐振长度)，对于调整单元的具体实现方式，本公开实施例不做限定。

在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述低频射电天文观测装置3可以包括三个信号接收处理模块301，各个信号接收处理模块301分别与各个天线对应。

在一个示例中，如图3所示，每个信号接收处理模块301均包括一级放大单元3011、带通滤波单元3012、二级放大单元3013、模数转换单元3014、信号处理单元3015、信号发送单元3016，其中，

所述一级放大单元3011用于对天线接收的信号进行初次放大，得到初次放大后的信号；

所述带通滤波单元3012，连接于所述一级放大单元3011，用于对所述初次放大的信号进行带通滤波，得到带通滤波后的信号；

所述二级放大单元3013，连接于所述带通滤波单元3012，用于对所述带通滤波后的信号进行再次放大，得到再次放大的信号；

所述模数转换单元3014，连接于所述二级放大单元3013，用于对所述再次放大的信号进行模数转换，得到转换后的数字信号；

所述信号处理单元3015，连接于所述模数转换单元3014，用于对转换后的数字信号进行处理，得到处理结果，所述处理结果包括射频信号的来波方向和运动轨迹；

所述信号发送单元3016，连接于所述信号处理单元3015，用于发送所述处理结果。

在一个示例中，一级放大单元3011、带通滤波单元3012、二级放大单元3013可以形成模拟接收机，主要实现对天线(电场传感器)接收信号的放大、滤波等功能。由于在100KHz以下存在等离子体准热噪声辐射，必须采用滤波器将其滤除，防止干扰；另外，为了防止20MHz以上的干扰混叠进入ADC采样带内，必须在接收机内部采用低通滤波器。

在一种可能的实施方式中，所述一级放大单元3011可以包括低噪声放大器，所述低噪声放大器的噪声频谱密度小于

放大增益大于30dB。

在一个示例中，前端低噪声放大器模块承担对信号进行放大功能，要求其噪声频谱密度小于

(优选地小于

例如为

)，放大器增益不小于30dB，其由电源模块中的低噪声LDO(low dropout regulator，低压差线性稳压器)模块提供电力，该部分主要放置于卫星舱体外，通过在星体表面的连接器与模拟高通滤波器输入相连。

由于行星际甚低频射电探测天线的尺寸限制，探测系统的输入电阻应在106欧姆以上，而输入电容则应在3.0pF以下，直接采用射频LNA或巴伦显然无法达到这一要求，因此本公开实施例在探测器的输入端添加一级前置放大器来进行阻抗变换。对于 100kHz～20MHz频段接收机，本公开实施例采用低噪声电压反馈型的射频运算放大器构建。在一个示例中，本公开实施例采用工作噪声仅为：

的低噪声放大器，低于需要探测最低噪声，可以有效的降低整个接收机系统的输入噪声。

在一种可能的实施方式中，所述带通滤波单元3012可以包括模拟高通滤波器、模拟低通滤波器，所述模拟高通滤波器的通带大于80kHz，所述模拟低通滤波器的通带小于50MHz。

在第一级低噪声放大器之后，由于行星际甚低频射电探测系统工作在基带，同时需要抑制低频准热噪声(shot noise)和本地的谐振噪声fp一般低于100kHz，在100kHz有较强的噪声很难将噪声和太阳射电信号扣除，为此本公开实施例在第一级低噪声放大器后紧跟模拟高通滤波器，滤除上述噪声。

在一个示例中，模拟高通滤波器主要承担对低频散弹噪声和等离子体本地辐射噪声进行抑制的作用，由于该噪声主要在80kHz以下，为此采用通带＞80kHz的模拟高通滤波器对上述噪声进行抑制。

在一个示例中，模拟低通滤波器主要承担对整机内部干扰信号的滤除，同时防止数据采集处理模块与带外干扰产生混叠。

在一种可能的实施方式中，所述二级放大单元3013可以包括功率放大器，所述功率放大器的增益大于30dB。

下面对二级放大单元的放大倍数(功率增益)的计算进行示例性介绍。

在一个示例中，二级放大单元的放大倍数可以根据低噪声放大器的灵敏度确定，低噪声放大器模块的灵敏度计算如下：

首先是噪声的保证，如表1所示，低噪声放大器需满足表1的条件。

表1

其次，通过灵敏度来确定二级放大器的增益，如果我们需要的灵敏度为

该信号在天线后端，模数转换器的输入端产生的功率P_s为：

其中，频谱分辨率B＝12.5kHz，R_in是输入阻抗，L_eff表示电场传感器的有效长度；

高速模数转换器采用AD6645最小能识别信号功率为±0.5LSB(r.m.s)，其最小能识别功率P_min为：

其中，

在一个示例中，二级放大器所需放大倍数约为(功率增益)G为最小能识别功率P_min及模数转换器的输入端产生的功率P_s之差，即：

G＝P_min-P_s＝-116-(-166)＝50dB 公式0-3

本公开实施例采用的二级放大方案，通过两级放大电路，功率增益大约达到50-60dB 左右，满足观测需求；同时输出连接四阶巴特沃斯低通滤波器，滤除高频干扰，防止ADC 采集时产生混叠信号。

在一个示例中，模拟高通滤波器的输出可以与二级放大器的输入相连，模拟高通滤波器主要放置于卫星舱体外，通过在星体表面的连接器与二级放大器输入相连。

以上以低噪声放大器、高通滤波器、低通滤波器、二级放大器的顺序连接作为示例性的描述，本公开实施例不限于此，在一个示例中，模拟接收机也可以由前端低噪声放大器、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，低噪声放大器模块与电场传感器连接，模拟低通滤波器与模数转换单元连接。

请参阅图4，图4示出了根据本公开一实施例的低频射电天文观测装置的部分示意图。

在一个示例中，如图4所示，电场传感器(天线)、一级放大单元(第一级前置放大器)、高通滤波器可以设置在卫星外部，二级放大单元(第二级放大器)及低通滤波器等可以设置在卫星内部，其中，一级放大单元及高通滤波器可以设置在屏蔽仓中。

在一种可能的实施方式中，所述模数转换单元3014可以包括模数转换器，所述模数转换器的采样率高于80Msps，采用量化位数大于10bit。

在一个示例中，根据奈奎斯特采样定理和太阳射电爆发信号动态范围，ADC的采样率不应低于80Msps，根据太阳射电爆发流量较之于宁静流量在30-40dB以上的特点，采用量化位数为10bit以上ADC芯片。

在一个示例中，本公开实施例的可以采用指标如下的模数转换器：

1、单芯片内实现四通道同步采集，采样速度为：80Msps；

2、量化位数：14bit；

3、无杂散动态范围：100dBFs；

4、可以通过FPGA设置读取速度，实现宁静和爆发两种模式的无缝切换；

5、其内部自带采集保持电路T/H，减少了外围电路的设计；

6、同时具有很好的抗高能粒子性能。

在一种可能的实施方式中，所述信号处理单元3015可以包括信号处理器、可编程门阵列、中央处理器、微处理器的至少一种。

在一个示例中，本公开实施例的信号处理单元可以采用独特的Flash非易式工艺实现，最大D触发器容量为75K，最高工作频率则在100MHz左右。由于采用了非易式的Flash工艺，其宇宙高能粒子辐射具有天然的免疫力，且静态功耗极低。

为达到频率分辨率要求，FPGA中的FFT算法必须具有足够的长度，根据现有技术我们分别对其实施长度为8192点的FFT，其频率分辨率将分别达6kHz左右。

在一个示例中，所述信号处理单元3015可以将三个电场传感器输出端产生的功率，两两比值确定来波方向，并将计算数据通过信号发送单元传回地面中心。

请参阅图5，图5示出了根据本公开一实施例的三正交天线测量来波方向示意图。

在一个示例中，由于空间电场存在Ex、Ey、Ez三个分量，其强度密度分别为Ex Vm^{- 1}Hz^-1/2、Ey V m^-1Hz^-1/2、Ez Vm^-1Hz^-1/2，建立在X、Y、Z三个方向有效长度为L_eff-x、 L_eff-y、L_eff-z的电场传感器，在后端积分带宽分别为Bx、By、Bz和模拟输入阻抗分别为 Rx、Ry、Rz(一般在MΩ量级)的情况下，三个电场传感器输出端产生的功率分别为：

P_x＝(E_x·L_eff-x)²·B_x/R_x

P_y＝(E_y·L_eff-y)²·B_y/R_y

P_z＝(E_z·L_eff-z)²·B_z/R_z 公式1

其中，实际长度为L的电场传感器，其有效长度L_eff与实际长度L的对应关系如下：

在一个示例中，积分带宽B等于频谱分辨率Δf，其取决于FPGA信号处理核心芯片的采样率f_s和FFT；变化点数N，一般在几十kHz左右；即△f＝f_s/N。

在一个示例中，根据测量得到的三方向电场分量，根据两两比值可以确定来波方向，其中三个角度(如图5所示)可以通过如下计算得到：

在一个示例中，本公开实施例可以利用三天线收到的电压变化情况，判断该发射源相对于三正交天线的位置，依此判断其运动轨迹。对于确定来波方向及运动轨迹的具体实现方式，本公开实施例不做限定，本领域技术人员可以根据相关技术实现。

在一种可能的实施方式中，所述信号发送单元3016可以包括信号发射器。

在一种可能的实施方式中，所述低频射电天文观测装置3还可以包括：

存储模块，用于存储所述处理结果。

在一个示例中，存储模块可以包括计算机可读存储介质，计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、可编程只读存储器(PROM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。

在一种可能的实施方式中，所述低频射电天文观测装置3还可以包括：

时频模块，包括星载高精度时钟和时钟驱动芯片，所述星载高精度时钟和所述时钟驱动芯片连接，所述时钟驱动芯片分别与所述模数转换单元3014、信号处理单元3015连接，用于提供时钟驱动信号、同步信号、频率信号。

在一个示例中，该星载高精度时钟输出1pps信号经时钟驱动芯片放大，作为ADC采集和FPGA信号处理核心芯片信号处理的同步信号，同时星载高精度时钟输出的5MHz或者10MHz标准信号经时钟驱动芯片放大锁相环倍频到ADC采集所需要的频率和FPGA信号处理核心芯片工作所需要的频率，作为ADC、FPGA信号处理核心芯片的时钟驱动信号。

在一种可能的实施方式中，所述低频射电天文观测装置3还可以包括：

电源模块，包括大功率DC/DC转换器单元及低压差线性稳压器单元，所述大功率DC/DC转换器单元用于为所述带通滤波单元3012、二级放大单元3013、模数转换单元 3014、信号处理单元3015、信号发送单元3016、存储模块供电，所述低压差线性稳压器单元用于为所述低噪声放大器供电。

在一个示例中，出于对电磁兼容性的考虑，本公开实施例将设置在卫星上的装置分为两部分：卫星舱外部分和舱内部分，其中舱外部分包括三个正交的电场传感器、模拟接收机模块中的低噪声放大器模块、模拟高通滤波器、电源模块中的低噪声LDO模块，且低噪声放大器模块、模拟高通滤波器、低噪声LDO模块设置在舱外独立的屏蔽仓内；通过星体表面航空插座连接，包括：LDO输入电压电缆、电场传感器控制电缆、低噪声放大器输出信号电缆等；本系统设置在卫星中的其余组件放置于卫星舱内部。

本公开实施例采用三个正交的电场传感器构建对太阳射电爆发观测，可以通过三个传感器上感应的不同电压值来判断信号来源方向，进一步判断日冕抛射物质的运动情况，可以对未来的空间天气事件进行预测、预判，采用卫星舱内、外分布设计方案，将易受干扰的低噪声放大器模块置于舱外，通过卫星舱体表面将卫星内部如FPGA、DC-DC电源等强电磁辐射干扰隔离，降低了电磁干扰影响，同时采用独立的低噪声LDO模块，降低了电源不稳定性给放大器带来的影响，采用高速信号处理器，可以在星上实现信号的处理、积分等工作，大大减少了传输数据量，减轻了星地链路之间的传输压力。

下面对电离层主动探测装置进行示例性介绍。

在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述信号发射模块10包括：

第一信号产生单元1100、第二信号产生单元1110，所述第一信号产生单元1100的输出端用于输出所述第一发射射频信号，所述第二信号产生单元1110用于输出所述第二发射射频信号。

在一个示例中，如图3所示，所述第一信号产生单元1100、所述第二信号产生单元1110 均可以包括数字信号处理器1101、程控数字信号合成器1102、滤波器1103、隔离器1104 及功率放大器1105，其中，

所述数字信号处理器1101的输出端电连接于所述程控数字信号合成器的输入端，所述数字信号处理器1101用于输出发射射频信号产生信息，所述发射射频信号产生信息包括频率、相位、幅度等；

所述程控数字信号合成器1102的输出端电连接于所述滤波器1103的输入端，所述程控数字信号合成器1102用于根据所述发射射频信号产生信息产生初始发射射频信号，

所述滤波器1103的输出端电连接于所述隔离器1104的输入端，所述滤波器1103用于对所述初始发射射频信号进行滤波，输出滤波后的初始发射射频信号，

所述隔离器1104的输出端电连接于所述功率放大器1105的输入端，所述隔离器1104 用于对滤波后的初始发射射频信号进行输出匹配，输出匹配后的初始发射射频信号，

所述功率放大器1105用于根据所述匹配后的初始发射射频信号输出功率放大后的发射射频信号。

在一个示例中，数字信号处理器可以采用通用硬件电路结合可执行逻辑实现，例如，数字信号处理器可以包括可编程门阵列FPGA、单片机、中央处理器CPU、微处理器MCU、数字信号处理单元DSP等，本公开实施例对数字信号处理器的具体类型、实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据需要确定。

在一个示例中，数字信号处理器可以通过串行外设接口SPI向程控数字信号合成器发送射频信号产生信息。

在一个示例中，信号产生装置还可以包括存储器，用于存储射频信号产生信息或其他数据，数字信号处理器可以获取存储器中的射频信号产生信息并通过SPI总线或其他类型的总线通信方式将其发送到程控数字信号合成器。

在一个示例中，当程控数字信号合成器接收到射频信号产生信息时，可以产生与射频信号产生信息对应的射频信号。

在一个示例中，程控数字信号合成器可以产生最高2GHz、相位精度到10^-8度的高精度信号，覆盖了大部分对电离层敏感的信号。同时与全球导航卫星系统GNSS系统在L波段的双频测量(1.3-16GHz)形成互补。

应该说明的是，本公开实施例的程控数字信号合成器可以产生多种不同频率的射频信号，对于产生的射频信号的具体频率、相位、幅度等信息，本公开实施例不做限定，本领域技术人员可以根据需要设置，以实现多种精度的数据的测量。

应该明白的是，虽然本公开实施例在两个信号产生单元都设置了数字信号处理器、程控数字信号合成器等，但是本公开实施例不限于此，在其他的实施方式中，两个信号产生单元可以共用一个组数字信号处理器、程控数字信号合成器，例如，当数字信号处理器根据配置信息或接收的控制信息产生射频信号产生信息并发送到程控数字信号合成器时，程控数字信号合成器可以产生两路射频信号，该两路射频信号的频率、相位、幅度完全相同。

本公开实施例通过设置发射的两路射频信号的频率、相位、幅度完全相同，可以满足测量需求，提高电离层的参数的测量精度。

在一个示例中，滤波器1103可以为低通滤波器，通过低通滤波器对程控数字信号合成器产生的射频信号进行滤波，可以滤除高频杂散噪声，以提高测量精度。

在一个示例中，隔离器可以对滤波后的射频信号进行输出匹配，减少从前端到后端的信号反射，提高信号传输效率，本公开实施例对隔离器的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据需要选择相关技术中的隔离器实现。

在一个示例中，功率放大器可以将输入的射频信号进行功率放大，以提高射频信号的发射距离，从而提高电离层参数测量的效率。

当然，所述装置还可以包括其他或更多的单元，以实现对应的功能，对此本公开实施例不做限定。

请参阅图6，图6示出了根据本发明一实施例的电离层主动探测系统的部分示意图。

在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述接收模块20包括第一接收机210、第二接收机220，所述第一接收机210可以用于接收所述第一接收射频信号，并输出经处理后的第一接收射频信号，所述第二接收机220可以用于接收所述第二接收射频信号，并输出经处理后的第二接收射频信号。

在一个示例中，如图6所示，所述第一接收机可以包括第一接收天线2110，所述第二接收机可以包括第二接收天线2111，所述第一接收天线2110及所述第二接收天线2111为正交极化天线，所述第一接收机及所述第二接收机具有相同的相频响应及幅频响应。

在一种可能的实施方式中，如图6所示，所述第一接收机及所述第二接收机均还可以包括：

第一放大器2112，输入端电连接于接收天线，用于对接收射频信号进行第一级放大，输出经第一级放大后的接收射频信号；

第一带通滤波器2113，输入端电连接于所述第一放大器2112的输出端，用于对所述经第一级放大后的接收射频信号进行第一次带通滤波，输出经第一次带通滤波后的接收射频信号，

第二放大器2114，输入端电连接于所述第一带通滤波器2113的输出端，用于对带通滤波后的接收射频信号进行第二级放大，输出经第二级放大后的接收射频信号；

第二带通滤波器2115，输入端电连接于所述第二放大器2114的输出端，用于对经第二级放大后的接收射频信号进行第二次带通滤波，得到经第二次带通滤波后的接收射频信号；

第三放大器2116，输入端电连接于所述第二带通滤波器2115的输出端，用于对经第二次带通滤波后的接收射频信号进行第三级放大，输出经第三级放大后的接收射频信号，即经处理后的射频接收信号。

在一个示例中，第一放大器可以可根据当地无线电环境的具体情况设置增益、动态范围等参数，以防止饱和。

在一个示例中，第二放大器、第三放大器可以用于进一步提高链路增益。

本公开实施例对第一放大器、第二放大器、第三放大器的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据需要选择相关技术中的放大器实现，本公开实施例对第一放大器、第二放大器、第三放大器的具体增益也不作限定，本领域技术人员可以根据实际需要设置。

在一个示例中，第一带通滤波器、第二带通滤波器可以用于抑制通带外的干扰，防止放大器饱和，对于两个带通滤波器的具体实现方式，本公开实施例不做限定，本领域技术人员可以根据实际需要选择相关技术中的带通滤波器实现，本公开实施例对第一带通滤波器、第二带通滤波器的通带也不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况或需要设置。

两路射频接收信号经过多级放大、滤波后，提高了增益、且滤除了噪声，后续在利用处理后的两路射频接收信号确定电离层的参数时，可以进一步提高测量的准确度、效率。

在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述信号处理模块30包括第一信号处理单元 310、第二信号处理单元320，其中，

在一个示例中，如图6所示，所述第一信号处理单元310的第一输入端、第二输入端分别电连接于所述第一接收机210及所述第二接收机220的输出端，分别用于接收所述第一接收机210输出的经处理后的第一射频接收信号、所述第二接收机220输出的经处理后的第二射频接收信号，所述第一信号处理单元310用于：对经处理后的第一射频接收信号及经处理后的第二射频接收信号进行模数转换，得到与经处理后的第一射频接收信号对应的第一数字信号及与经处理后的第二射频接收信号对应的第二数字信号，

所述第二信号处理单元320的输入端电连接于所述第一信号处理单元310的输出端，用于：

根据所述第一数字信号得到所述第一旋向信号，根据所述第二数字信号得到所述第二旋向信号；

根据所述第一旋向信号及所述第二旋向信号确定目标相位关系；

根据所述目标相位关系确定电离层的变化信息。

在一个示例中，第一信号处理单元可以利用模数转换器实现，也可以采用其他器件，如捷变收发器实现，以捷变收发器为例，捷变收发器具有较宽的带宽输入范围，例如，本公开实施例可以采用捷变收发器A或捷变收发器B实现模数转换，表2示出了捷变收发器A或捷变收发器B的参数。

表2

如表2所示，捷变收发器A可以实现70MHz-6GHz带内任意200kHz-56MHz带宽内信号的观测、转换，捷变收发器B可以实现300MHz-6GHz z带内任意8MHz-100MHz带宽内信号的观测、转换。

以上对第一信号处理单元的描述是示例性的，不应视为是对本公开的限定，本领域技术人员可以采用其他器件实现模数转换。

在一个示例中，第二信号处理单元可以包括可编程门阵列FPGA、数字信号处理单元DSP、中央处理器CPU等通用硬件电路实现，第二信号处理单元可以通过SPI总线或其他通信方式与第一信号处理单元通信。

在一个示例中，信号处理装置可以与外部的控制设备(如计算机、服务器等)连接，可以接收控制设备传输的指令、数据(如卫星传输频点、带宽、滤波器参数、中心频率等)，以实现对电离层参数的确定。

下面对确定电离层的变化参数的可能实现方式进行示例性介绍。在一种可能的实施方式中，所述根据所述第一旋向信号及所述第二旋向信号确定目标相位关系，包括：

生成中间信号，其中，所述中间信号的频率与所述第一发射射频信号、所述第二发射射频信号的频率相同；

将所述中间信号与所述第一旋向信号及所述第二旋向信号分别相乘，得到第一乘法信号及第二乘法信号；

将所述第一乘法信号及所述第二乘法信号进行低通滤波，并根据滤波后的所述第一乘法信号及所述第二乘法信号得到所述目标相位关系。

在一个示例中，第一旋向信号、第二旋向信号都为圆极化信号。

在一个示例中，第一旋向信号E_L(t)、第二旋向信号E_R(t)可以如公式6所示：

其中，E_x表示第一数字信号的幅度，E_y表示第二数字信号的幅度，w表示第一发射射频信号、第二发射射频信号的频率，t表示时间。

在一种可能的实施方式中，所述生成中间信号，可以包括：

利用数字压控振荡器根据所述第一发射射频信号及所述第二发射射频信号的频率生成所述中间信号。

在一个示例中，本公开实施例可以利用FIR低通滤波器对第一乘法信号、第二乘法信号进行滤波，滤波得到的低频部分包括第一旋向信号、第二旋向信号相对于标准信号的目标相位关系，因此，根据滤波得到的低频部分可以得到所述目标相位关系。

应该说明的是，本公开实施例对根据滤波得到的低频部分可以得到所述目标相位关系的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据相关技术实现。

在一种可能的实施方式中，根据所述目标相位关系确定电离层的变化信息，可以包括：

根据如下公式确定电离层的变化信息：

其中，ω_p表示等离子体频率，ω表示第一发射射频信号及第二发射射频信号的频率，ω_c表示预设的固定常数频率，μ₀和ε₀表示传递路径上的介电常数，Δω_p表示等离子体频率变化量，Δβ′表示所述目标相位关系(所述第一旋向信号与所述第二旋向信号的相位比)。

本公开实施例提出的系统，能够对低频射电信号进行探测，确定来波方向和轨迹，并且，能够探测在极轨卫星上采用主动多信标(1GHz以下频段)正交极化发射源及一个标准参考信标，在地基建立相应极化的接收天线阵，采用多地分布式探测，在卫星过境期间，测量其不同发射信号在相位、幅值、极化三个参数的测量，结合当前航天器的高度、姿态以及相对位置等信息，反演计算得到不同地区上空电离层情况。在单卫星平台上首先实现电离层的主动多频点探测，可以为将来基于多小卫星平台实现快速多层面、时间无缝的电离层探测提供技术依据。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种低频射电天文观测和电离层主动探测系统，其特征在于，所述系统包括：

收发装置，设置在距离电离层上预设高度的空间飞行器平台上，包括天线模块，所述天线模块包括正交的第一天线、第二天线、第三天线；

低频射电天文观测装置，设置在距离电离层上预设高度的空间飞行器平台上，连接于所述收发装置，用于根据所述天线模块接收到的各个射频信号的功率确定射频信号的来波方向及运动轨迹；

电离层主动探测装置，连接于所述收发装置，包括：

信号发射模块，设置在距离电离层上预设高度的空间飞行器平台上，用于通过所述第一天线、第二天线、第三天线中的任意两个天线发射第一发射射频信号、第二发射射频信号，其中，所述第一发射射频信号和所述第二发射射频信号为幅度、频率、相位相等、且正交的标准线极化波；

接收模块，设置在地面，用于接收第一接收射频信号及第二接收射频信号，并输出经处理后的第一接收射频信号及经处理后的第二接收射频信号，其中，所述第一接收射频信号为所述第一发射射频信号经过电离层后的射频信号，所述第二接收射频信号为所述第二发射射频信号经过电离层后的射频信号；

信号处理模块，设置在地面，连接于所述接收模块，用于根据所述经处理后的第一接收射频信号及所述经处理后的第二接收射频信号确定电离层的变化信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一天线、第二天线、第三天线呈三正交分布状态，其中所述第一天线设置为朝向太阳的方向，所述第二天线设置为平行于太阳的方向，所述第三天线设置为垂直于所述第一天线、所述第二天线构成的平面，

其中，所述收发装置还包括天线切换模块，所述天线切换模块包括第一微波开关、第二微波开关，

所述第一微波开关的第一端连接于所述第一天线，所述第一微波开关的第二端连接于所述低频射电天文观测装置，所述第一微波开关的第三端连接于所述电离层主动探测装置，所述第一微波开关用于切换所述第一天线与所述低频射电天文观测装置的连接或与所述电离层主动探测装置的连接；

所述第二微波开关的第一端连接于所述第二天线，所述第二微波开关的第二端连接于所述低频射电天文观测装置，所述第二微波开关的第三端连接于所述电离层主动探测装置，所述第二微波开关用于切换所述第二天线与所述低频射电天文观测装置的连接或与所述电离层主动探测装置的连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低频射电天文观测装置包括三个信号接收处理模块，各个信号接收处理模块分别与各个天线对应，其中，每个信号接收处理模块均包括一级放大单元、带通滤波单元、二级放大单元、模数转换单元、信号处理单元、信号发送单元，其中，

所述一级放大单元用于对天线接收的信号进行初次放大，得到初次放大后的信号；

所述带通滤波单元，连接于所述一级放大单元，用于对所述初次放大的信号进行带通滤波，得到带通滤波后的信号；

所述二级放大单元，连接于所述带通滤波单元，用于对所述带通滤波后的信号进行再次放大，得到再次放大的信号；

所述模数转换单元，连接于所述二级放大单元，用于对所述再次放大的信号进行模数转换，得到转换后的数字信号；

所述信号处理单元，连接于所述模数转换单元，用于对转换后的数字信号进行处理，得到处理结果，所述处理结果包括射频信号的来波方向和运动轨迹；

所述信号发送单元，连接于所述信号处理单元，用于发送所述处理结果。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述一级放大单元包括低噪声放大器，所述低噪声放大器的噪声频谱密度小于

放大增益大于30dB；

所述带通滤波单元包括模拟高通滤波器、模拟低通滤波器，所述模拟高通滤波器的通带大于80kHz，所述模拟低通滤波器的通带小于50MHz；

所述二级放大单元包括功率放大器，所述功率放大器的增益大于30dB；

所述模数转换单元包括模数转换器，所述模数转换器的采样率高于80Msps，采用量化位数大于10bit；

所述信号处理单元包括信号处理器、可编程门阵列、中央处理器、微处理器的至少一种；

所述信号发送单元包括信号发射器。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述低频射电天文观测装置还包括：

存储模块，用于存储所述处理结果；

时频模块，包括星载高精度时钟和时钟驱动芯片，所述星载高精度时钟和所述时钟驱动芯片连接，所述时钟驱动芯片分别与所述模数转换单元、信号处理单元连接，用于提供时钟驱动信号、同步信号、频率信号；

电源模块，包括大功率DC/DC转换器单元及低压差线性稳压器单元，所述大功率DC/DC转换器单元用于为所述带通滤波单元、二级放大单元、模数转换单元、信号处理单元、信号发送单元、存储模块供电，所述低压差线性稳压器单元用于为所述低噪声放大器供电。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号发射模块包括：

第一信号产生单元、第二信号产生单元，所述第一信号产生单元的输出端用于输出所述第一发射射频信号，所述第二信号产生单元用于输出所述第二发射射频信号，其中，

所述第一信号产生单元、所述第二信号产生单元均包括数字信号处理器、程控数字信号合成器、滤波器、隔离器及功率放大器，其中，

所述数字信号处理器的输出端连接于所述程控数字信号合成器的输入端，所述数字信号处理器用于输出发射射频信号产生信息，所述发射射频信号产生信息包括频率、相位、幅度；

所述程控数字信号合成器的输出端连接于所述滤波器的输入端，所述程控数字信号合成器用于根据所述发射射频信号产生信息产生初始发射射频信号，

所述滤波器的输出端连接于所述隔离器的输入端，所述滤波器用于对所述初始发射射频信号进行滤波，输出滤波后的初始发射射频信号，

所述隔离器的输出端连接于所述功率放大器的输入端，所述隔离器用于对滤波后的初始发射射频信号进行输出匹配，输出匹配后的初始发射射频信号，

所述功率放大器用于根据所述匹配后的初始发射射频信号输出功率放大后的发射射频信号。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接收模块包括第一接收机、第二接收机，所述第一接收机用于接收所述第一接收射频信号，并输出经处理后的第一接收射频信号，所述第二接收机用于接收所述第二接收射频信号，并输出经处理后的第二接收射频信号，

其中，所述第一接收机包括第一接收天线，所述第二接收机包括第二接收天线，所述第一接收天线及所述第二接收天线为正交极化天线，所述第一接收机及所述第二接收机具有相同的相频响应及幅频响应，

所述第一接收机及所述第二接收机均包括：

第一放大器，输入端连接于接收天线，用于对接收射频信号进行第一级放大，输出经第一级放大后的接收射频信号；

第一带通滤波器，输入端连接于所述第一放大器的输出端，用于对所述经第一级放大后的接收射频信号进行第一次带通滤波，输出经第一次带通滤波后的接收射频信号，

第二放大器，输入端连接于所述第一带通滤波器的输出端，用于对带通滤波后的接收射频信号进行第二级放大，输出经第二级放大后的接收射频信号；

第二带通滤波器，输入端连接于所述第二放大器的输出端，用于对经第二级放大后的接收射频信号进行第二次带通滤波，得到经第二次带通滤波后的接收射频信号；

第三放大器，输入端连接于所述第二带通滤波器的输出端，用于对经第二次带通滤波后的接收射频信号进行第三级放大，输出经第三级放大后的接收射频信号，即经处理后的射频接收信号。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块包括第一信号处理单元、第二信号处理单元，其中，

所述第一信号处理单元的第一输入端、第二输入端分别连接于所述第一接收机及所述第二接收机的输出端，分别用于接收所述第一接收机输出的经处理后的第一射频接收信号、所述第二接收机输出的经处理后的第二射频接收信号，所述第一信号处理单元用于：对经处理后的第一射频接收信号及经处理后的第二射频接收信号进行模数转换，得到与经处理后的第一射频接收信号对应的第一数字信号及与经处理后的第二射频接收信号对应的第二数字信号，

所述第二信号处理单元的输入端连接于所述第一信号处理单元的输出端，用于：

根据所述第一数字信号得到第一旋向信号，根据所述第二数字信号得到第二旋向信号；

根据所述第一旋向信号及所述第二旋向信号确定目标相位关系；

根据所述目标相位关系确定电离层的变化信息。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述根据所述第一旋向信号及所述第二旋向信号确定目标相位关系，包括：

生成中间信号，其中，所述中间信号的频率与所述第一发射射频信号、所述第二发射射频信号的频率相同；

将所述中间信号与所述第一旋向信号及所述第二旋向信号分别相乘，得到第一乘法信号及第二乘法信号；

将所述第一乘法信号及所述第二乘法信号进行低通滤波，并根据滤波后的所述第一乘法信号及所述第二乘法信号得到所述目标相位关系。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述空间飞行器平台包括卫星，

所述电离层的变化信息包括等离子体频率变化量、电子密度。

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