自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理系统及方法

摘要

本发明公开了一种自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理系统及方法，该系统包括抛物面天线、高速ADC采集器、FPGA和计算机；抛物面天线，接收太阳射电信号，并输出两路天线信号至高速ADC采集器；高速ADC采集器为将信号转换成高速数字信号传输给FPGA；FPGA将高速数字信号截取分段，分别对每段进行FFT运算，在频域内进行数字极化合成，得到圆极化的左旋和右旋太阳射电信号，计算太阳射电信号功率，按照时间分辨率对太阳射电信号的功率进行积分运算，得到太阳射电频谱信号，并上传至计算机；计算机对太阳射电频谱信号进行自适应爆发判断和处理，对含有太阳爆发事件的数据按照高分辨率存储。

权利要求

1.一种自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理系统，其特征是，包括抛物面天线、变频卡、焦平面电路、高速ADC采集器、FPGA和计算机；

所述抛物面天线，被配置为接收太阳射电信号，并输出两路天线信号至变频器；

所述变频卡，被配置为将两路天线信号变频为四路天线信号，并传输至焦平面电路；

所述焦平面电路，被配置为对天线信号进行滤波和放大处理，将处理后的信号传输至高速ADC采集器；

所述高速ADC采集器，被配置为将每路天线信号转换成高速数字信号，传输给FPGA；

所述FPGA，被配置为按照一定字长将四路高速数字信号截取分段，分别对每段进行FFT运算，将时域太阳射电信号数据转换成频域数据，在频域内进行数字极化合成，得到圆极化的左旋和右旋太阳射电信号，计算太阳射电信号功率，按照时间分辨率对太阳射电信号的功率进行积分运算，得到太阳射电频谱信号，并上传至计算机；

所述计算机，被配置为对太阳射电频谱信号进行自适应爆发判断，对含有太阳爆发事件的数据按照高分辨率存储，对不含有太阳爆发事件的数据，进行压缩处理，按照低分辨率存储。

2.根据权利要求1所述的自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理系统，其特征是，所述计算机包括PCIe接口、虚拟内存盘、CPU、内存和磁盘阵列，经过FPGA处理后的数据通过PCIe接口上传到计算机的虚拟内存盘中，计算机的CPU检测虚拟内存盘中是否有新的数据包生成，若虚拟内存盘有新数据包的产生，则将虚拟内存盘中存储的旧数据包读取到内存中，进行自适应爆发判断和处理，将处理后的数据包存入磁盘阵列中，并将虚拟内存盘中数据包删除。

3.根据权利要求1所述的自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理系统，其特征是，所述焦平面电路包括放大电路和滤波电路。

4.一种自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理方法，其特征是，包括以下步骤：初始化，设置压缩帧数和太阳爆发幅值；

采集太阳射电数据，并对其进行预处理，得到太阳射电频谱数据，形成数据包；

检测是否有新数据包生成；

当检测到有新的数据包生成时，则对旧数据包进行自适应爆发判断；

若旧数据包中存在太阳爆发事件，则按照高时间分辨率将数据包存储到磁盘阵列；

若旧数据包中不存在太阳爆发事件，则按照压缩帧数压缩数据，按照低时间分辨率将压缩后的数据包存储到磁盘阵列。

5.根据权利要求4所述的自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理方法，其特征是，对太阳射电数据进行预处理的步骤包括：对太阳射电数据进行放大滤波，并转换为高速数字数据流；

按照一定字长将高速数字数据流截取分成若干段，分别对每段进行FFT运算，将时域太阳射电数据转换成频域数据，在频域内进行数字极化合成，得到圆极化的左旋和右旋太阳射电数据，计算太阳射电数据功率，按照时间分辨率对太阳射电数据的功率进行积分运算，得到太阳射电频谱数据。

6.根据权利要求4所述的自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理方法，其特征是，所述检测是否有新数据包生成的方法为：将包含太阳射电频谱数据的数据包存储到计算机的虚拟内存盘中；

计算机不断检测虚拟内存盘中是否产生新的数据包；

若虚拟内存盘有新数据包的产生，则计算机将虚拟内存盘中存储的旧数据包读取到内存中，进行自适应爆发判断和处理，将处理后的数据包存入磁盘阵列中，并将虚拟内存盘中存储的数据包删除。

7.根据权利要求4所述的自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理方法，其特征是，所述自适应爆发判断方法为：对太阳射电频谱数据包的频谱进行分析，从测量频段中按一定的间隔平均选取若干个无干扰频点；

计算选取的所有频点的太阳射电流量；

将所有频点的间隔一定时间的太阳射电流量之差与太阳爆发幅值相比较；

若频点的太阳射电流量前后两帧的差值超过设置的太阳爆发幅值时，则判断该频点的数据含有太阳爆发事件，并计算频点的两帧太阳射电流量的平均值，将该平均值作为该频点的太阳爆发阈值；

在后续时间段内，若该频点的太阳射电流量值超过设置的太阳爆发阈值时，则判断该频点的数据含有爆发事件。

8.根据权利要求7所述的自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理方法，其特征是，在选取的所有频点中，若有其中一个频点射电流量大于设置的太阳爆发阈值，则立即停止判断，此数据包为爆发数据，将数据包完整的保存到磁盘阵列盘中，并删除虚拟内存盘中的数据包。

9.根据权利要求7所述的自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理方法，其特征是，若从数据包中选取的所有频点的射电流量数值均小于太阳爆发阈值，则此数据包不含有太阳射电爆发事件，对数据进行压缩处理，将每设定帧数的数据相加求平均，得到压缩后新的数据包，将新数据包写入磁盘阵列中。

说明书

自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳射电数据处理领域，具体涉及一种自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理系统及方法。

背景技术

[0002] 高时间分辨率和高频率分辨率的太阳射电数据，有利于精细和准确地测量太阳射电爆发驱动激波、高能电子能量、激波和电子到达时间，也能更好为太阳物理研究和空间天气监测提供更可靠数据。所以，时间和频率分辨率是太阳射电观测系统的重要指标，是世界各太阳射电观测站追求的重要指标。例如，中国科学院王蜀娟等在国家天文台怀柔射电频谱仪增加了新的超高分辨率观测模式，在1.10‑1.34GHz频带内时间分辨率可以高达1.25ms，频率分辨率4MHz，并观测到太阳射电精细结构事件，由此可以推测，日冕物质抛射可能与较低日冕中的漂移脉动结构相关。

[0003] DU于2017年介绍了一种利用高速采集卡实现太阳射电的观测系统，系统间隔定量采集太阳射电信号，将时域数据直接存储，离线分析。但是，由于高速AD采样率为1Gsps，ADC位数为12位，2个通道，高速数据流为4GB/s，计算机的PCIe、硬盘速度跟不上。另外，计算机磁盘阵列容量也是有限的，将所有数据(14.4T/H)保存是困难的。所以，采用间隔定量采集数据，数据量的减少牺牲了系统的灵敏度，这会造成因数据量减少而在高时间分辨率和高频率分辨率时图像分辨率降低。虽然采用了在FPGA中进行爆发事件的判别的方案，可以实现在爆发时密集采集，其他时间稀疏采集数据，但是，由于FPGA为硬件运算，容量有限，复杂的判断算法很难实施，而太阳射电信号变化比较复杂，实际应用中，空间存在着大量的干扰信号，对爆发事件的判断产生了很大的影响，不能有效的减小存储数据量，这些数据会占用大量存储空间，频繁多次读写删除数据减少磁盘寿命，庞大的数据分析需要机时长，因此，有效判断爆发事件和减少非爆发数据存储量就显得尤为重要。云南天文台采用11m抛物面天线，接收70‑700MHz太阳射电信号，时间分辨率达到2ms，频率分辨率为200KHz，为了降低成本，采用电子开关将左右极化信号分时切换到频谱仪进行采集，这就造成一段采集左旋信号，下一段时间采集右旋信号，不是严格意义同一时间上的圆极化合成信号，同时丢失了50％的数据，也降低了系统50％的灵敏度。

[0004] 目前，国际上各项技术指标均较为先进的米波射电观测系统当属日本Tohoku大学于2010年研发的AMATERAS(Iwai et al.,2012)。AMATERAS观测的频率范围为150‑500MHz，时间和频率分辨率高达10ms和61kHz(频谱仪信道为16384)，可观测左右旋偏振信号，使用由两面完全相同的16.5*31米的矩形抛物面组成的IPRT(Iitate Planetary Raido Telescope)天线系统。该系统看似性能良好，然而，该台站起初是为监测木星射电信号而建设的，并非专门为太阳射电观测而建；当地(福岛地区)射频干扰严重，这从该系统的观测数据中可清楚看到；可能是为避开这些干扰，该系统可观测频率最低为150MHz，无法观测到II型暴事件发生频次最高的部分区域(e.g.,Cane&Erickson,2005；Subramanian&Ebenezer,2006)，故无法完整记录很多爆发事件。

[0005] 综上所述，现有技术中对于无法完整记录很多爆发事件，无法有效判断爆发事件和减少非爆发数据存储量的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理系统及方法，将所有高速AD采集的数据全部应用起来，即保持系统灵敏度最高，高速数据流先由FPGA将数据预先处理，传送到计算机上的数据流速度降低，把判断太阳射电爆发方法在计算机内实现，通过无干扰频点的射电流量判断出太阳射电是否爆发，爆发时时间分辨率可以达到1ms或更高，频率分辨率达到16KHz；不爆发时，对信号进行积分累积处理，降低时间分辨率如100ms或更低，既能精细观测太阳暴爆发，又有效减少储存宁静太阳射电信号的数据量。

[0007] 本发明所采用的技术方案是：

[0008] 本发明的第一目的是提供一种自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理系统，该系统包括抛物面天线、变频卡、焦平面电路、高速ADC采集器、FPGA和计算机；

[0009] 所述抛物面天线，被配置为接收太阳射电信号，并输出两路天线信号至变频器；

[0010] 所述变频卡，被配置为将两路天线信号变频为四路天线信号，并传输至焦平面电路；

[0011] 所述焦平面电路，被配置为对天线信号进行滤波和放大处理，将处理后的信号传输至高速ADC采集器；

[0012] 所述高速ADC采集器，被配置为将每路天线信号转换成高速数字信号，传输给FPGA；

[0013] 所述FPGA，被配置为按照一定字长将四路高速数字信号截取分段，分别对每段进行FFT运算，将时域太阳射电信号数据转换成频域数据，在频域内进行数字极化合成，得到圆极化的左旋和右旋太阳射电信号，计算太阳射电信号功率，按照时间分辨率对太阳射电信号的功率进行积分运算，得到太阳射电频谱信号，并上传至计算机；

[0014] 所述计算机，被配置为对太阳射电频谱信号进行自适应爆发判断，对含有太阳爆发事件的数据按照高分辨率存储，对不含有太阳爆发事件的数据，进行压缩处理，按照低分辨率存储。

[0015] 进一步的，所述计算机包括PCIe接口、虚拟内存盘、CPU、内存和磁盘阵列，经过FPGA处理后的数据通过PCIe接口上传到计算机的虚拟内存盘中，计算机的CPU检测虚拟内存盘中是否有新的数据包生成，若虚拟内存盘有新数据包的产生，则将虚拟内存盘中存储的旧数据包读取到内存中，进行自适应爆发判断和处理，将处理后的数据包存入磁盘阵列中，并将虚拟内存盘中数据包删除。

[0016] 进一步的，所述焦平面电路包括放大电路和滤波电路。

[0017] 本发明的第二目的是提供一种自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理方法，该方法包括以下步骤：

[0018] 初始化，设置压缩帧数和太阳爆发幅值；

[0019] 采集太阳射电数据，并对其进行预处理，得到太阳射电频谱数据，形成数据包；

[0020] 检测是否有新数据包生成；

[0021] 当检测到有新的数据包生成时，则对旧数据包进行自适应爆发判断；

[0022] 若旧数据包中存在太阳爆发事件，则按照高时间分辨率将数据包存储到磁盘阵列；

[0023] 若旧数据包中不存在太阳爆发事件，则按照压缩帧数压缩数据，按照低时间分辨率将压缩后的数据包存储到磁盘阵列。

[0024] 进一步的，对太阳射电数据进行预处理的步骤包括：

[0025] 对太阳射电数据进行放大滤波，并转换为高速数字数据流；

[0026] 按照一定字长将高速数字数据流截取分成若干段，分别对每段进行FFT运算，将时域太阳射电数据转换成频域数据，在频域内进行数字极化合成，得到圆极化的左旋和右旋太阳射电数据，计算太阳射电数据功率，按照时间分辨率对太阳射电数据的功率进行积分运算，得到太阳射电频谱数据。

[0027] 进一步的，所述检测是否有新数据包生成的方法为：

[0028] 将包含太阳射电频谱数据的数据包存储到计算机的虚拟内存盘中；

[0029] 计算机不断检测虚拟内存盘中是否产生新的数据包；

[0030] 若虚拟内存盘有新数据包的产生，则计算机将虚拟内存盘中存储的旧数据包读取到内存中，进行自适应爆发判断和处理，将处理后的数据包存入磁盘阵列中，并将虚拟内存盘中存储的数据包删除。

[0031] 进一步的，所述自适应爆发判断方法为：

[0032] 对太阳射电频谱数据包的频谱进行分析，从测量频段中按一定的间隔平均选取若干个无干扰频点；

[0033] 计算选取的所有频点的太阳射电流量；

[0034] 将所有频点的间隔一定时间的太阳射电流量之差与太阳爆发幅值相比较；

[0035] 若频点的太阳射电流量前后两帧的差值超过设置的太阳爆发幅值时，则判断该频点的数据含有太阳爆发事件，并计算频点的两帧太阳射电流量的平均值，将该平均值作为该频点的太阳爆发阈值；

[0036] 在后续时间段内，若该频点的太阳射电流量值超过设置的太阳爆发阈值时，则判断该频点的数据含有爆发事件。

[0037] 进一步的，在选取的所有频点中，若有其中一个频点射电流量大于设置的太阳爆发阈值，则立即停止判断，此数据包为爆发数据，将数据包完整的保存到磁盘阵列盘中，并删除虚拟内存盘中的数据包。

[0038] 进一步的，若从数据包中选取的所有频点的射电流量数值均小于太阳爆发阈值，则此数据包不含有太阳射电爆发事件，对数据进行压缩处理，将每设定帧数的数据相加求平均，得到压缩后新的数据包，将新数据包写入磁盘阵列中。

[0039] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0040] (1)本发明利用高速ADC采集数据，通过FPGA对高速数据流进行预先处理，传送到计算机上的数据流速度降低，通过计算机判断太阳射电爆发，可以有效判断爆发事件；

[0041] (2)本发明通过干扰频点的射电流量判断出太阳射电是否爆发，爆发时时间分辨率可以达到1ms或更高，频率分辨率达到16KHz；不爆发时，对信号进行积分累积处理，降低时间分辨率如100ms或更低，既能够完整记录很多爆发事件，又有效减少储存宁静太阳射电信号的数据量；

[0042] (3)本发明通过PCIe接口上传到计算机，由计算机对多频点太阳射电流量进行判别，对含有太阳爆发事件的数据按照高分辨率存储，对不含有太阳爆发事件的数据，进行累积运算降低其时间分辨率，减少非爆发数据存储量。

附图说明

[0043] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

[0044] 图1是自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理系统结构框图；

[0045] 图2是计算机内部结构框图；

[0046] 图3是自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理方法流程图；

[0047] 图4(a)是太阳射电爆发事件曲线图；

[0048] 图4(b)是150‑500MHz频段对应的射电流量曲线图；

[0049] 图5是2017‑9‑9日太阳射电不同频点射电流量变化曲线图；

[0050] 图6(a)是017‑9‑9日太阳射电爆发事件曲线图；

[0051] 图6(b)是2017‑9‑26日太阳射电不同频点射电流量变化曲线图；

[0052] 图7是2017年9月26日新系统观测的爆发事件曲线图；

[0053] 图7(a)是100ms时间分辨率图像；

[0054] 图7(b)是10ms时间分辨率图像；

[0055] 图7(c)是1ms时间分辨率图像；

[0056] 图7(d)是0.1ms时间分辨率图像；

[0057] 图8是2017年9月26日周期定量采集系统观测的爆发事件曲线图；

[0058] 图8(a)是10ms时间分辨率太阳射电动态频谱图；

[0059] 图8(b)是1ms时间分辨率太阳射电动态频谱图；

[0060] 图9是高频率分辨率的动态频谱图细节图；

[0061] 图9(a)是160‑170MHz频段的强度图(100ms)；

[0062] 图9(b)是160‑170MHz频段的强度图(10ms)；

[0063] 图9(c)是200‑210MHz频段的强度图(100ms)；

[0064] 图9(d)是200‑210MHz频段的强度图(10ms)；

[0065] 图10是间隔定量采集系统的高频率分辨率的动态频谱图细节图；

[0066] 图10(a)是160‑170MHz动态频谱图(100ms)；

[0067] 图10(b)是160‑170MHz动态频谱图(10ms)。

具体实施方式

[0068] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

[0069] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0070] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0071] 正如背景技术所介绍的，现有技术中存在无法有效判断爆发事件和减少非爆发数据存储量，无法观测到暴事件发生频次最高的部分区域，故无法完整记录很多爆发事件的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理系统及方法。

[0072] 实施例1：

[0073] 本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理系统，该系统包括抛物面天线、计算机、高速数据采集卡和变频卡；高速数据采集卡和变频卡采用PCIe卡结构，所述高速数据采集卡由FMC子卡和FMC母卡组成，FMC子卡搭载ADC、时钟芯片和巴伦等芯片，负责高速数据采集；FMC母卡搭载FPGA、DDR和PROM等芯片，负责高速信号处理；FPGA内部实现的主要模块有：FIFO模块，FFT模块，FIR滤波器，混频器(乘法器)，NCO模块，PCIe模块，MIG模块等。

[0074] 所述抛物面天线，被配置为接收150‑500MHz的太阳射电信号，机械跟踪太阳轨迹，抛物面天线为对数周期阵子天线，输出两路信号，一路为水平天线信号，另一路为垂直天线信号。

[0075] 所述变频卡，被配置为将每路天线信号分成2段，150‑325MHz和325‑500MHz，得到四路天线信号。

[0076] 由于高速ADC采集器采样率小，无法直接采集150MHz～500MHz的频率，因此，采用变频卡将信号分成两段，然后再将两段信号同时上变频到875M中频，由高速ADC采集器同时采集。

[0077] 所述焦平面电路，被配置为将四路天线信号进行前端放大和滤波处理，将处理后的信号传输给速ADC采集器。

[0078] 具体地，所述焦平面电路包括放大电路和滤波电路。

[0079] 所述高速ADC采集器，被配置为将经前端放大和滤波处理后的四路信号转换成高速数字信号，并传输至FPGA。

[0080] 本实施例中，所述高速ADC采集器采用500Msps采样率、14bit的高速ADC采集器。

[0081] 所述FPGA，被配置为对四路高速数据信号进行FFT运算，在频域内进行数字极化合成，并进行数据处理，得到1ms级时间分辨率(16KHz频率分辨率)的太阳射电频谱信号，通过PCIe接口上传到计算机。

[0082] 具体地，所述FPGA将四路高速数据信号按照FFT运算的字长截取分段，FPGA分别对每段进行FFT运算，将时域太阳射电信号数据转换成频域数据，在频域内进行数字极化合成，得到圆极化的左旋和右旋太阳射电信号，计算太阳射电信号功率，按照时间分辨率对太阳射电信号的功率进行积分运算，得到太阳射电频谱数据，加上时间戳上传到计算机。

[0083] 本实施例中，FPGA按照32K字长将高速数据信号截取分段，按照时间分辨率对太阳射电信号的功率进行累积加法运算，降低数据量。

[0084] 所述计算机，被配置为对多频点太阳射电流量进行判别，对含有太阳爆发事件的数据按照高分辨率存储，对不含有太阳爆发事件的数据，进行累积运算降低其时间分辨率，减少此类事件的数据量。

[0085] 具体地，经过FPGA处理后的数据通过PCIe接口上传到计算机的虚拟内存盘中，采用虚拟内存技术，通过Primo Ramdisk软件将32GB内存虚拟内存盘作为数据缓存区。FPGA对4路信号进行32K点FFT，生成功率信号后，每路32KB，共计128KB，在时间分辨率内对功率信号进行累积求和运算(如最高1ms作为分辨率)，其结果通过PCIe上传到计算机，数据流速度为128MB/s，1小时产生数据约为460GB，每天观测时间12小时，数据约为5.4TB，显然几十TB的磁盘阵列只能储存几十天数据，不利于长期观察需要。而这些数据中，对其进行高分辨研究的太阳爆发数据很少，大量的是宁静太阳射电信号数据，基本不变，不需要高分辨率数据，如果需要研究宁静太阳射电高时间分辨率数据，可以随时改变时间分辨率采集太阳射电数据保存。

[0086] 计算机将上传数据进行进一步处理，将太阳射电爆发与不爆发信号区分开，爆发时，按照最高时间分辨率1ms存储数据，约128MB/s，不爆发时，按照100ms时间分辨率保存数据，约1.28MB/s，即1小时约为4.6GB的数据量，有效减少了存储数据量。所述计算机的数据处理结构框图如图2所示。

[0087] 本发明实施例提供了一种自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理系统，该系统采用抛物面天线接收太阳射电信号，高速AD将太阳射电信号数字化，通过FPGA进行FFT运算，在频域内进行数字极化合成，并进行数据处理，得到1ms级时间分辨率(16KHz频率分辨率)的太阳射电频谱信号，通过PCIe接口上传到计算机，由计算机对多频点太阳射电流量进行判别，可适应不同时间宁静太阳射电流量不稳定的情况，自动设置太阳爆发阈值，并自动触发对太阳射电数据按照其爆发与否进行不同的处理，对含有太阳爆发事件的数据按照高分辨率存储，对不含有太阳爆发事件的数据，进行累积运算降低其时间分辨率，有效判断爆发事件，减少此类爆发事件的数据量。

[0088] 实施例2：

[0089] 本申请的另一种典型实施方式，如图3所示，提供了一种自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理方法。

[0090] (1)分析太阳射电流量干扰因素。

[0091] 为有效减少数据存储量，要对数据进行是否含有太阳爆发事件进行判断。太阳爆发时，太阳射电流量会明显升高，在太阳宁静时趋于平缓，因此，可以用太阳射电流量参数来判断太阳的爆发事件。由于空间中存在大量干扰，如电台信号、噪声干扰等，这些干扰会导致在数据中出现脉冲干扰和周期性干扰，影响太阳射电流量的大小变化，这对太阳爆发判断的准确度产生影响。太阳射电流量也在波动，如图4(a)为太阳射电爆发事件；图4(b)为太阳射电爆发时其太阳射电流量(150‑500MHz频段总射电流量)变化曲线，该图中纵坐标数值为功率值，为系统测量值做以下计算得到，P＝(D/32768*0.8)2(D为系统测量值)，该值为相对量暂定单位为1，系统标定后可以换算到SFU，需要一个系数折算。从太阳射电流量变化图可以看出太阳爆发时，太阳射电流量在升高，但是太阳射电没有爆发时，射电流量也有突然剧烈变化的尖峰突变，显然只通过总的太阳射电流量很难准确判断太阳爆发。

[0092] 对太阳射电动态频谱数据进行研究分析，分别画出每个频点射电流量图加以对比，如图5所示，对图4(b)中太阳射电爆发事件4个频点的射电流量进行统计，图5可以看出262MHz频点射电流量波动很大，而其他3个频点195MHz、205Mhz、218MHz波动很小，只有太阳爆发时，太阳射电流量才有明显增加。对应图4(b)中爆发事件动态频谱图可以看出，在
262MHz频点上存在干扰电台，而其他3个频点无干扰电台信号。再对2017年9月26日爆发事件分析如图6(a)和图6(b)所示，即使没有爆发事件时，得到同样结果。显然造成太阳射电流量波动主要是电台干扰造成的，特别有的电台是脉冲式的，干扰更为强烈。

[0093] 因此，电台干扰信号为太阳射电流量干扰因素。

[0094] (2)所述自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理方法具体包括以下步骤：

[0095] 步骤201：初始化，设置压缩帧数和首次判断太阳爆发幅值。

[0096] 该压缩帧数设置为一百帧，若数据包不含有太阳射电爆发事件，将数据进行处理，对每一百帧的数据相加求平均变成一帧，新生成的数据包时间分辨率降低100倍，即为100ms，其大小缩小了一百倍，然后新数据包写入磁盘阵列中，有效减少了宁静太阳数据量。

[0097] 设置的太阳爆发幅值，用于判断太阳爆发事件。

[0098] 步骤202：采集太阳射电数据，并对其进行预处理，得到太阳射电频谱数据。

[0099] 采用6m抛物面天线接收150‑500MHz的太阳射电数据，通过高速数据采集卡采集太阳射电数据，并对其进行预处理。

[0100] 具体地，高速数据采集卡上的高速ADC采集器将太阳射电数据转换为高速数字数据流，转换后的高速数字数据流由高速数据采集卡上FPGA进行预处理，FPGA按照32K字长将高速数字数据流截取分成若干段，FPGA分别对每段进行FFT运算，将时域太阳射电数据转换成频域数据，在频域内进行数字极化合成，得到圆极化的左旋和右旋太阳射电数据，计算太阳射电数据的功率，按照时间分辨率对太阳射电数据的功率进行累积相加，得到太阳射电频谱数据，通过PCIe接口上传到计算机的虚拟内存盘中。

[0101] 步骤203：检测是否有新的数据包生成。

[0102] 高速数据先暂存在计算机的虚拟内存盘上，对其数据包进行判断是否为爆发数据，分别进行相应处理，判断爆发与否和处理数据的时间要小于高速数据产生的时间，才能实现数据的实时处理，而读取数据和存储数据会占用大量时间，本发明利用内存的高速传输速度，在虚拟内存盘中进行数据的读写操作，可以大量减少读写时间。

[0103] 虚拟内存盘与内存之间传输数据测试速度为3.5GB/s，能够满足高速处理的需求。数据从虚拟内存盘读取到内存中，对数据进行判断和处理，处理后的数据其数据速度降低，可以直接存入磁盘阵列中。

[0104] 具体地，高速采集的数据持续上传到计算机的虚拟内存盘中，计算机不断地检测虚拟内存盘中是否有新数据包生成，该虚拟内存盘中始终存在一缓冲数据包，记为第n个数据包，当新的数据包产生即第n+1个数据包传送到计算机的虚拟内存盘中，计算机开始处理第n个数据包，这样既可以保证数据包的完整性，又可以实现传送与处理的并行，较好地隐藏了数据包传送的时间，进一步提高运算速度；处理完第n个数据包后将其删除，直到新数据包产生开始传送到计算机的虚拟内存盘中时启动处理第n+1个数据包，由此分析，系统处理数据包的速度需要大于新数据包产生的速度，才可实现实时处理。

[0105] 步骤204：多频点太阳射电流量自适应爆发判别。

[0106] 由上述可知，对太阳射电流量干扰的因素主要是电台干扰信号造成的，为了准确判断太阳射电爆发事件，采用没有电台干扰的频点的太阳射电流量的变化，作为依据是可行的。而太阳射电爆发对应的频段范围不是固定的，为此，根据接收机所在位置，分析接收到太阳射电频谱数据的频谱，避开干扰电台的频段，从150MHz～500MHz的测量频段中抽取没有干扰的20个频点，平均间隔17.5MHz抽取一个频点，遇到电台频点，适当偏移。可以较好地覆盖测量频段的信号，避免遗漏较小的频率范围爆发事件，又避开了干扰较多的频段，减小判断处理时间。

[0107] 从图5和图6(b)可以看出，在干扰较少的频点，太阳宁静时曲线波动较小，而爆发时曲线变化较为明显，利于判断。

[0108] 对选定的频点射电流量进行计算和统计，发现没有爆发时的宁静太阳射电流量不同时间段也有微小的变化。根据Space Weather Services网站数据，随机抽取统计2013年以来没有爆发一些时间，245MHz频点太阳射电数据，见表1所示，可以得到同样结论，虽然宁静太阳射电在长一段时间会有变化，但较短时间内变化范围较小，与爆发变化相比小得多。

[0109] 表1 245MHz频点宁静太阳射电流量

[0110]

[0111]

[0112] 通过观察历史数据，太阳爆发起始阶段，射电流量开始增长，当间隔一定时间增长值超过设定数值时认为出现爆发事件，将此设定值定为太阳爆发幅值，该太阳爆发幅值可通过系统设置，用于判断太阳爆发事件。

[0113] 太阳射电爆发通常持续事件大于1S，为了降低运算量，系统间隔500ms进行一次比较判断，既保证了较短时间的太阳爆发事件能够有效判断，又避免了间隔时间过短，判断次数过多会影响处理速度。该间隔时间也可设置为100ms。

[0114] 当频点间隔500ms的两帧的太阳射电流量差值超过设置的太阳爆发幅值时，则判断此数据含有爆发事件，并将两帧的数值求平均，将此平均值设为该频点的太阳爆发阈值，用于判断接下来的爆发事件。每个频点都可设置独立的太阳爆发阈值，只要其中一个频点太阳射电流量值超过设置的阈值时，则判断此频点的数据包含有爆发事件，将此数据包按照最高时间分辨率存储数据。直到太阳爆发结束，射电流量参数下降并趋于平稳，采集数据低于太阳爆发阈值，判断为非爆发数据。此方法可适应不同时间宁静太阳射电流量不稳定的情况，每天重置爆发阈值，当出现爆发时自动设定爆发阈值。

[0115] 但是，当太阳处于持续爆发时，射电流量会在长时间平稳在较高的数值，此时数值的波动并没有超过设置的太阳爆发幅值，若在采集一开始就出现太阳持续爆发的情况，上述方法则难以判断，为避免此极端情况，本发明将对每个频点射电流量设置一个较高的固定阈值协助判断，当太阳射电流量值超过此固定阈值时，则也认为当前数据含有爆发事件。

[0116] 具体地，当在虚拟内存盘中检测到新的数据包上传后，系统从数据包中每隔500帧取1帧读取数据包中的20个指定频点数据，按照上述方法进行判断，在选取的20个频点中，若有其中一个频点射电流量大于设定太阳爆发阈值，则立即停止判断，此数据包为爆发数据，将数据包完整的保存到磁盘阵列盘中，并删除虚拟内存盘中的数据包；若从数据包中抽取的所有频点的射电流量数值小于太阳爆发阈值，则此数据包不含有太阳射电爆发事件，将数据进行处理，对每一百帧的数据相加求平均变成一帧，新生成的数据包时间分辨率降低100倍，即为100ms，其大小缩小了一百倍，然后新数据包写入磁盘阵列中，有效减少了宁静太阳数据量。

[0117] 对非爆发数据进行处理，并将爆发数据保持在高时间分辨率，这样既实现了高时间分辨率下对太阳射电爆发的观测，又减少了宁静太阳时间的数据量，节约了磁盘空间，并在后期的数据分析中可以更直观的分辨哪些为含有爆发事件的数据，减少了分析时间。

[0118] 本发明实施例提供了一种自适应爆发判断的高分辨率太阳射电数据处理方法，该方法将所有高速AD采集的数据全部应用起来，即保持系统灵敏度最高，高速数据流先由FPGA将数据预先处理，传送到计算机上的数据流速度降低，把判断太阳射电爆发方法在计算机内实现，通过无干扰频点的射电流量判断出太阳射电是否爆发，爆发时时间分辨率可以达到1ms或更高，频率分辨率达到16KHz；不爆发时，对信号进行积分累积处理，降低时间分辨率如100ms或更低，既能精细观测太阳暴爆发，又有效减少储存宁静太阳射电信号的数据量。

[0119] 本发明可适应不同时间宁静太阳射电流量不稳定的情况，自动设置太阳爆发阈值，并自动触发对太阳射电数据按照其爆发与否进行不同的处理，在选取的所有频点中，若有其中一个频点射电流量大于设置的太阳爆发阈值，则立即停止判断，此数据包为爆发数据，将数据包完整的保存到磁盘阵列盘中，并删除虚拟内存盘中的数据包；若从数据包中选取的所有频点的射电流量数值均小于太阳爆发阈值，则此数据包不含有太阳射电爆发事件，对数据进行压缩处理，将每设定帧数的数据相加求平均，得到压缩后新的数据包，将新数据包写入磁盘阵列中。

[0120] 实施例3：

[0121] 下面列举一个具体的应用实施例。

[0122] 经过测试后，系统在槎山观测站开始试运行。为了和原来间隔定量采样方案数据对比，将天线信号放大滤波后，功分器分别接入2个系统，进行同时采集接收工作。图7为2017年9月26日新的观测系统观测到的太阳射电动态频谱图，图7(a)中框线部分为识别的爆发事件，该区域数据为1ms分辨率，其他周围100ms分辨率，为了进一步分析该事件，框线内可以进行高时间分辨率进行分析，为了采用高时间分辨率分析爆发事件前后太阳射电变化情况，系统已经改进，可以设定前后保存多长时间高时间分辨率的数据。图7(b)为其10ms的动态频谱图，图7(c)、图7(d)为1ms的部分位置的动态频谱图。从图中可以看出不同时间分辨率下动态频谱图清晰度的差别，从最高时间分辨率1ms的动态频谱图中可以清晰的看到太阳爆发过程中细微的变化，满足了高时间分辨率分析的要求。

[0123] 为了对比说明问题，将间隔定量采集接收系统接收到的信号，按照同一时间分辨率对同一时间段太阳射电画出相同的动态频谱图。图8(a)、图8(b)分别与图9(b)、图9(c)相对应，时间分辨率一样，可以看出图8(a)、图8(b)太阳射电动态频谱图明显不清晰，细节分辨粗糟，其显著度明显降低，主要是间隔定量采集系统丢失了大量的数据。

[0124] 系统的频率分辨率由系统ADC采样率和FFT运算点数决定，采样率为500Msps，FFT点数为32K，频率分辨率为16KHz。为了观察太阳射点频率变化细节，可以将关心的频段展开。为了保持一定得灵敏度，高频率分辨率时，要相应降低时间分辨率。图9为同一段频率范围太阳射电信号，在不同时间分辨率的对比，图9(a)和图9(b)图分别是100ms和10ms时间分辨率下的160‑170MHz频段的动态频谱图，图9(c)和图9(d)也是100ms和10ms时间分辨率下的200‑210MHz频段的动态频谱图。可以看出图9(a)和图9(c)由于时间分辨率低显得更清晰，更能观察到频率变化细节，也就是要看到更清晰地频率分辨率的动态频谱图的细节，要降低时间分辨率。通过对不同时间分辨率和频率区域展开观察，可以根据需要清晰观察到各种太阳射电的精细结构。

[0125] 图10为间隔定量采集系统观测数据进行分析，同样可以看出图10(a)、图10(b)分别与图9(a)、图9(b)相对应，图10的动态频谱图的显著度明显低于图10。

[0126] 本发明实现了对太阳射电信号爆发与否进行判断，可适应不同时间宁静太阳射电流量不稳定的情况，自动设置太阳爆发阈值，解决了采用固定阈值判断不灵敏的问题。并自动触发对太阳射电数据按照其爆发与否进行不同的处理，爆发时按照1ms高时间分辨率保存数据，便于对太阳射电暴进行研究，分析其高时间分辨率下的精细结构，有助于理解太阳耀斑和日冕物质抛射(CME)过程的理解，和其动力学过程；不爆发时，按照低时间分辨率100ms保存数据，减小存储数据量，作为历史数据保存，以便研究太阳射电信号长期变化规律。通过实验对比，该方案将接收到太阳射电信号全部利用，比间隔定量采样系统得到太阳射电动态频谱图灵敏度更高。

[0127] 本发明的分辨率可以进一步提高，为了保持相应清晰度，如果提高时间分辨率，需要降低频率分辨率。本发明对太阳射电信号进行了32K字长的FFT运算，频率分辨率为16KHz，最高时间分辨率达到1ms，如果减小FFT运算字长，降低频率分辨率，如3.2K字长FFT运算，频率分辨率为160KHz时，同样数据量的条件下，系统可以实现0.1ms的时间分辨率。

[0128] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。