王世凯;柳文;李铁成
【摘 要】目的 掌握太阳风暴对短波电子装备性能的影响及应对措施,为系统设计提供参考.方法 分析太阳风暴的表现形式,并从作用距离、目标检测、定位精度等方面给出太阳风暴对短波超视距雷达、短波通信等装备的影响.结果 电离层SID、电离层暴可造成短波通信中断,短波通信可用频段变窄.电离层强吸收可降低天波超视距雷达作用距离和目标定位精度,电子浓度、电离层虚高快速变化影响超视距雷达检测性能和定位精度,负相电离层暴使天波超视距雷达可用频段严重变窄.地球磁暴期间,电磁场突变产生的强电压和电流有可能烧毁用于天、地波超视距雷达的电子设备.电离层非规则现象对超视距雷达有严重影响.结论 太阳风暴对电子装备性能有利有弊,要分别对待.系统设计时应充分考虑太阳风暴的影响,在出现太阳风暴时,采取针对性措施降低其影响.%Objective To master impacts of solar storm on performance of shortwave electronic equipment and corre-sponding solutions and provide reference for system design.Methods The forms of solar storms were analyzed and in-fluences of solar storm on shortwave beyond visual range radar, short wave communication, etc. were given from ranging coverage, object detection, positioning accuracy et al.Results The ionosphere SID and ionospheric storm could interrupt shortwave communication and narrow shortwave spectrum of communication. Strong ionospheric absorption could de-crease the sky-wave over-the-horizon radar range and target location accuracy and electron concentration. The inflated rapid change of the ionosphere affected the over-the-horizon radar detection performance and positioning precision. Neg-ative phase ionospheric storm narrowed the available spectrum of the sky-wave over-the-horizon radar severely. During geomagnetic storms, strong electromagnetic field, mutation of voltage and current may burn electronic equipment for sky-ground wave over-the-horizon radar. Irregular phenomenon of ionosphere had serious influences on over-the-horizon radar.Conclusion The solar storm is both advantageous and disadvantageous to performance of electronic equipment. It should be treated respectively. During system design, it is required to take full consideration on influences of solar storm and take corresponding measures to reduce influences of solar storm when it appears.
【期刊名称】《装备环境工程》
【年(卷),期】2017(014)007
网吧专用机箱【总页数】6页(P12-17)
【关键词】电离层;太阳风暴;超视距雷达;短波通信
【作 者】王世凯;柳文;李铁成水溶性抗氧化剂
【作者单位】中国电波传播研究所,山东 青岛 266107;中国电波传播研究所,山东 青岛 266107;中国电波传播研究所,山东 青岛 266107
【正文语种】中 文
【中图分类】TJ07;TN011
现代高科技武器电子装备性能要求越来越高，传播环境对武器装备性能的影响不容忽视，除了正常的传播环，太阳风暴是一种避不开的异常环境。文中重点阐述了如何认识太阳风暴，太阳风暴对武器电子装备的影响包括哪些方面，以及如何应对太阳风暴等技术问题。
太阳风暴是指太阳上的剧烈爆发活动及其在日地空间引发的一系列强烈扰动。太阳爆发活动是太阳大气中发生的持续时间短暂、规模巨大的能量释放现象[1—2]。
下水井盖太阳风暴发生后，通常以三种方式向行星际空间喷射能量和物质。针对电离层环境，每一个打击波造成的影响是不同的，太阳风暴的攻击手段及时间如图1所示。
首先是超强的电磁辐射，包括X射线、紫外线、射电辐射等在内的辐射以光速传播，大约8.3 min后到达地球。主要攻击目标是向日面电离层环境，攻击能持续几十分钟甚至2 h以上。突增的紫外线和X射线在向日面的地球上空60～90 km处被大气吸收，直接引起电离层D层的电子密度快速增加，同时D层的高度发生变化。在强太阳风暴期间，该层电子密度增加可达10倍以上，会引起一系列的骚扰现象，如短波突然中断、吸收突然增强、突然相位异常、突然频率漂移等，统称为电离层突然骚扰。
其次是太阳高能粒子，它们以远超声速的速度传播，几十分钟后到达地球。主要攻击目标包括空间飞行器和高纬电离层环境，能持续几小时到几十小时。此时地球磁场不再是密不透风的，而是在高纬有个缺口，引起地面50～90 km高度范围内的电子密度增加，导致高频无线电波的吸收增强。吸收主要出现在高纬地区，然后逐渐向较低纬度延伸，持续时间
为1～60 h，也称为极盖吸收。
最后是日冕物质抛射，它携带的大量物质和磁场以每秒几百至几千公里的速度传播，几十小时后到达地球。能攻击大范围的地球磁层和电离层环境，持续几十小时至几天，产生全球性的电离层电子密度的异常变化，即电离层暴。电离层暴有正暴、负暴和双相暴等多种形态。其中，正暴是指电离层电子密度和总电子含量的增加，负暴或负相暴是指它们的减小，双相暴是指增加和减小交替出现。电离层暴的形态与季节和纬度等因素有关。在高纬地区主要出现负暴，在低纬地区主要出现正暴。在中纬地区，冬天正暴居多，负暴则多出现在夏天。
2.1 电离层SID、电离层暴可造成短波通信中断
电离层突然骚扰（SID）期间，日照面电离层D层的电子浓度突然增加，从而造成高频（HF）信号的严重吸收，甚至可引起突然短波消失（SWF）。SWF持续时间一般从几分钟到2 h。
SWF期间，短波信道中断，短波通信彻底不能工作。例如1989年3月上旬发生的一系列的
足球加工耀斑爆发和剧烈的“太阳风暴”典型事件，引起了一系列的电离层突然骚扰、极盖区吸收和电离暴事件，造成了39次短波通讯骚扰，其中有24次是全球性的中断。2001年3月19日发生的电离层暴，到21日9时，中国大陆及太平洋西岸大面积电离层负暴覆盖，导致短波通信中断数小时。2005年1月20日发生的一次X7.9级耀斑爆发，造成大面积短波无线电信号强吸收和信道中断，其中北京地区信号中断1个多小时。2006年12月13日北京时间10:30左右，太阳发生一次X3级耀斑爆发，我国各地均发生突然电离层骚扰（SID），广州、海南、重庆等电波观测站短波信号从10:20起发生全吸收，信号全部中断。此次耀斑爆发，直接造成了我国北京、河北、陕西、山西、新疆等地对海南、上海、北京、拉萨方向的短波广播信号中断。我国对外广播的部分电路也受到了不同程度的影响，造成昆明对南亚地区9 MHz以上广播频率、喀什对南美地区7 MHz以上广播频率、西安对东南亚、南亚和中亚地区9 MHz以上广播频率和长春对东南亚地区15 MHz以上广播频率中断。直到13:30左右信号才基本恢复正常。
2.2 电离层暴造成短波通信可用频段变窄
电离层负相暴期间，电离层F2层最大电子浓度的相对变化一般为－20%～－60%，强电离
层暴可达到－100%以上。由于负相暴电离层电子浓度减小，相应临界频率降低，直接导致短波通信最高可用频率（MUF）显著下降。同时，负相暴扰动期间，伴随电离层吸收增加，使得最低可用频率（LUF）增加，这两方面结合导致HF通信可用频段严重变窄。例如2001年3月21日发生一次较大的电离层暴，这次电离层骚扰是由一次不大的太阳“日冕物质发射(CME)”事件引起的。中、高纬度地区电离层F层的临界频率严重降低，下降幅度普遍超过50%。2001年4月3日早晨5︰51分(北京时间)，太阳表面发生一次25年来最强烈的X-射线爆发，持续时间约30 min左右。到12点时，最低可用频率已接近最高可用频率，可通频段十分狭小。例如兰州至新乡的可通频段只有2.4 MHz，重庆至新乡的可通频段只有1.7 MHz，广州至新乡的可通频段只有3.1 MHz，满洲里至新乡的可通频段只有3.7 MHz。
由于可用频段变窄，高频信道用户都集中在一段窄频段内工作，造成信道异常拥挤，干扰严重，通信环境恶劣，也严重影响通信效果。此外，如果HF通信系统在该窄频段性能不理想（如发射机效率、收发天线的方向性增益等在该频段不理想），则对通信的影响尤为严重。
2.3 地球磁暴对短波通信系统设备的影响
地球磁暴期间，地磁场的突然变化可在高压输电系统、电缆线等长导体内产生强电流和高电压，这种强电流和高电压可能烧毁变压器，造成停电。电磁场突变产生的强电压和电流也有可能烧毁用于HF通信、超视距雷达、电子战和技术侦察等电子设备。
2.4 电离层暴影响短波通信质量
无论是正相、负相和双相电离层暴，电离层电子浓度都将出现快速变化。电离层暴期间，电离层F2层最大电子浓度的相对变化一般为±20%～±60%，强电离层暴可达到100%以上。这种快速变化导致HF信号相位随机抖动，造成频率选择性衰落和时间选择性衰落，从而使通信误码率增加。对于近距离或超远距离通信链路而言，这种影响较中等距离通信更为严重。
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