近日，在校院及基金委重大项目课题和面上项目等支持下，机电与信息工程学院、空间科学研究院联合成立的空间电磁探测技术实验室（LEAD）成功研制出国际首台（套）工作在35-40GHz的毫米波太阳射电频谱观测系统。自2017年底，机电与信息工程学院教师、空间电磁探测技术实验室主任严发宝副教授带领实验室的多学科交叉团队成员，根据山东大学攀登计划创新团队首席科学家陈耀教授提出的科学目标和研制规划，攻克了多项关键技术难题，完成该系统的研制。相应学术论文以“A Broadband Solar Radio Dynamic Spectrometer Working in Millimeter-Wave Band”为题在国际top期刊Astrophysical Journal Supplement Series（IF:8.1）在线发表，博士生尚自乾为第一作者、严发宝为通信作者。据悉，该文为美国天文学会（AAS）旗下系列权威期刊上所发表的为数较少的太阳射电观测仪器技术类科研论文。
太阳耀斑爆发是灾害性空间天气的主要源头，所产生的高能量粒子与强电磁辐射，可直接威胁人类空间设施与深空探测等太空活动的安全，还会增加导航误差、导致通信中断等。通过自主研制太阳微波辐射探测仪器可获得一手科学数据，有利于耀斑爆发机理和粒子加速机制等方面的科学研究，还可助于空间灾害预警预报，从而为太空活动安全提供保障。
传统太阳射电仪器专注于18GHz以下，在18GHz以上仅有少数频点的探测装备，而对于耀斑物理的研究需要部署更高频段的观测仪器，从而获得对辐射频谱的完整测量。为此，LEAD于2017年底提议和开始研制35-40GHz频域的地基太阳射电频谱观测系统，填补在此频段的观测数据空白。
该仪器实现35-40GHz的5GHz带宽的扫描观测，系统噪声系数~300K，系统线性度＞0.9999，时间分辨率为5ms~1.3s（~134ms,默认），频率分辨率为153kHz，还可进一步提高时间分辨率。该仪器样机目前已常规运行两年有余，积累了大量观测数据，并有望在即将到来的第25周太阳活动峰年观测到更多太阳耀斑爆发数据。在仪器研制过程中，突破了毫米波高精度探测、GHz采样数据并行实时处理、宽带信号的平坦度处理等系列关键技术，先后在中国科学、RAA、PASJ等国内外权威期刊发表多篇学术论文，基于仪器实现方法等授权国家发明专利4项，并获得了国家自然科学基金重大项目课题、面上项目以及山东大学攀登计划创新团队的支持。
图：左,所研制的35-40GHz观测系统实物图；中,该系统噪声温度随频率的变化曲线；右,系统扫描太阳过程中得到的5GHz频谱彩图和多频点辐射强度曲线
空间电磁探测技术实验室自2018年初由机电与信息工程学院严发宝副教授与空间科学研究院陈耀教授联合控制工程、空间科学、电子信息等多学科的老师成立，作为山东大学空间科学攀登计划团队的重要组成部分，围绕微波探测与智能信息处理关键技术突破，积极对接国家战略需求和地方需要，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、jw装发预研、山东省重大科技创新工程等项目支持，近两年严发宝副教授带领团队获得技术类竞争性科研合同经费1000余万元，有效推动了跨学院的多学科汇聚融合交叉创新。
有关该系统的主要学术论文如下：
1）ZiQian Shang, Ke Xu, Yang Liu, Zhao Wu, Guang Lu, YuanYuan Zhang, Lei Zhang, YanRui Su, Yao Chen, and FaBao Yan*.A Broadband Solar Radio Dynamic Spectrometer Working in the Millimeter-wave Band，The Astrophysical Journal Supplement Series, 2022,258, 25.
2）徐珂, 尚自乾,严发宝*, 刘洋, 武昭, 张园园, 张磊, 苏艳蕊, 陈耀.毫米波宽带太阳射电观测系统的信号平坦度补偿方法.中国科学: 技术科学, 51卷, 4期: 413-423(2021).
3）Fa-Bao Yan, Yang Liu, Ke Xu, Zi-Qian Shang, Yan-Rui Su, Guang Lu, Yao Chen, Zhao Wu*. A broadband digital receiving system with large dynamic range for solar radio observation[J]. Research in Astronomy and Astrophysics, 2020(9).
4）Fabao Yan, Yang Liu, Ke Xu, Ziqian Shang, Yuanyuan Zhang, Lei Zhang, Yanrui Su, Guang Lu, Zhao Wu*, Yao Chen. Study of the truncation strategy in the FPGA of a solar radio digital receiver, Publications of the Astronomical Society of Japan, Volume 73, Issue 2, April 2021, Pages 439–449.
有关该系统的主要授权发明专利如下：
1）严发宝;尚自乾;张园园;张磊;陈耀;武昭;苏艳蕊;路光;王冰;刘洋;徐珂;刘乾;许丙强.一种太阳射电辐射计及频谱观测系统与控制方法，ZL 202010420385.2，2021.06.04
2)严发宝;徐珂;陈耀;武昭;苏艳蕊;尚自乾;杨文超.射电天文接收机的信号平坦度补偿方法及射电天文接收机，ZL 202010111638.8，2021.02.05
3）严发宝;苏艳蕊;武昭;陈耀;杜清府;路光;杜桂强.射电接收机系统提高通道瞬时分辨率的观测方法，ZL 201810751692.1，2020.10.23
4）杜清府;李昕;程仁君;陈昌硕;张巧曼;张军蕊;冯仕伟;严发宝;陈耀.太阳射电观测系统多通道变频的数据补偿系统及方法.ZL 201810819130.6，2020.09.18
作者：文/牛淼淼 图/严发宝 责任编辑：牛淼淼
