为获取高质量的宽频太阳爆发数据，在学院、研究院及攀登计划创新团队、国家基金委等项目支持下，空间电磁探测技术实验室成功研制出新一代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，机电与信息工程学院教授、实验室主任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，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。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，仅有美国的OVSA、俄罗斯的RATAN-600、明安图野外科学观测研究站等少数设备。为获取更高分辨率的自主观测数据，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。
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，仪器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；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；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，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，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），可实时高精度跟踪太阳。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山东大学槎山太阳射电观测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。
空间电磁探测技术实验室是2018年初由机电与信息工程学院严发宝教授、空间科学研究院陈耀教授等人联合成立的创新载体，作为山东大学空间科学攀登计划团队的重要组成部分，以人才培养为核心目标，围绕微波探测与智能信息处理等关键技术突破，立足于射电探测和雷达等仪器研制，积极对接国家重大战略，获得了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期等项目资助，已突破系列关键技术难题，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。
有关该仪器的主要学术论文和授权专利如下：
[1]Lei Zhang (张磊), Yanrui Su (苏艳蕊), Zhao Wu (武昭), Shuwang Chang (常树旺), Yao Chen (陈耀), and Fabao Yan (严发宝)*. A New 6–15 GHz Solar Radio Observation System, The Astrophysical Journal Supplement Series, 2023，268：27,DOI: 10.3847/1538-4365/ace7cc.
[2]严发宝,张磊,张园园等.基于多通道FFT算法的太阳射电频谱分析方法及系统[P].山东省：CN112446330B, 2023-07-25.
[3]严发宝,刘洋,尚自乾等.一种太阳射电观测系统的信号自适应截位方法及系统[P].山东省：CN111931669B, 2022-03-29.
[4]严发宝,尚自乾,张园园等.一种太阳射电辐射计及频谱观测系统与控制方法[P].山东省：CN111551784B, 2021-06-04.
The Astrophysical Journal Supplement Series是地学天文-天文与天体物理领域的顶级期刊，2022-2023年影响因子为8.7，SCI分区大类及小类学科均为1区。
作者：文/张磊 图/张磊 编辑：牛淼淼
