关键词：太阳耀斑；无线电导航系统
引言：
太阳耀斑是一种太阳在短时间内释放很大能量的现象，通常在太阳的色球层位置出现。在耀斑出现的时候，太阳黑子群中的一个黑子周围会出现一个小型的黑点，随后小黑点就会出现一点亮光，这个亮光点会比太阳表面上的亮度还要亮2～3倍。然后耀斑熄灭，在原来色球层位置出现一个亮斑。太阳耀斑的出现通常会对空间环境产生是比较显著的影响，文章对太阳耀斑造成电离层的扰动进行分析，探讨太阳耀斑活动给奥米茄系统以及卫星导航系统造成的相关影响，通过对太阳活动探讨对无线电导航系统造成的影响。
一、太阳耀斑活动及其对空间环境的影响
太阳耀斑是一种太阳迅速释放能量的现象，大多数发生在太阳的色球层。耀斑开始时，在太阳黑子群中的某个黑子附近出现一个小亮点，这个小亮点很快产生一个闪光，其发光亮度超过太阳表面亮度的2~3倍。随后，耀斑开始熄灭。完全熄灭后，在色球区常常留下一个亮斑。一个耀斑过程从开始到结束的整个演化过程平均只有4一10分钟，它是太阳强烈突发活动的主要标志。太阳耀斑发生时，除了可见光的辐射突然增强外，x射线，太阳宇宙射线（无线电波）也都极大增强。此外，太阳还在耀斑活动中喷发出大量带电粒子。太阳耀斑会引起强烈的地球效应。众所周知，太阳x射线是电离层的一个重要电离源。太阳耀斑引起x射线骤变，由于x射线以光速传播，从太阳到地球仅需约8分钟的时间。所以，太阳耀斑发生后对电离层产生的第一个影响是太阳x射线骤增引起的电离层扰动。随后，太阳耀斑时喷发的带电粒子流（太阳宇宙射线）也逐渐到达地球。一部分到达地球北极的质子会使极冠一带的下部电离层异常电离，产生对甚低频电波的极冠吸收（CPA）现象。此外，一些来自太阳的带电粒子还可能在地磁捕捉区被捕捉，它们将沿着地磁磁力线在地球南北极间做螺旋往返运动，有时它们会因在高纬度区距地面较近而与大气中的各种粒子相碰，因此而获取能量冲入高纬度上空的大气层并使之发光，产生所谓极光。这也要引起电离层扰动。
二、太阳耀斑对无线电导航系统的影响
（一）太阳耀斑给奥米茄系统造成的影响
奥米茄系统工作使用的是天波模式，利用相位差对位置线对太阳耀斑的位置进行确定的。在太阳耀斑出现之后，奥米茄天波的相位也会出现相应的突变，这样会让定位丧失准确性。太阳耀斑之所以能让奥米茄天波的相位出现比较明显的变化，主要有三个原因：第一，在太阳耀斑出现的时候，骤增的X射线造成电离层的电离度骤增，引起电离层D层的高度出现很大程度上的下降，也正是因为奥米茄天波的相位变化。通常上述的奥米茄天波相位变化，在太阳耀斑出现之后还会保持0.5～3h；第二，太阳耀斑在喷发时候携带的带电粒子到达北极，和质子之间产生反应，让极冠区的电离层下部出现电离异常状况。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这种类型的电离异常也会让奥米茄天波的相位出现反常情况，而且产生的极地上空电离层异常现象会带来极冠吸收的负面影响，是奥米茄系统由于极地的异常电波变化产生的；第三，奥米茄天波反常现象会相位出现相应的变化，一般情况下，极冠会有两天左右的吸收现象，比较长的可能会达到8～9d。除此之外，太阳耀斑引起的极光现象，实质上也是电离层的降低造成的，极光地带有时会有奥米茄电波存在，也会因此出现相位异常的情况。
（二）太阳耀斑给卫星导航系统造成的影响
太阳耀斑会对子午仪系统以及GPS系统造成影响，甚至会让部分地区的卫星导航系统的地面接收设备不能准确的进行信号的锁定。比如前文提到的1989年太阳耀斑出现之后，12天中，美国加利福尼亚GPS站中使用两种GPS接收机都不能对信号进行接收，有一个种类的接受机甚至在一天之中没有接受到一点GPS信号。除此之外，太阳耀斑还会对GPS向地球发射的信号质量产生影响，也会缩短卫星的使用寿命。太阳耀斑之所以会对卫星导航系统的地面接受情况造成影响，是因为太阳耀斑让电离层发生反常的变化。子午仪卫星导航系统的卫星会在地面以上1000km的高空位置进行工作，GPS系统使用的卫星的位置要再高出1000km，也能顺利完成给地面汇报导航信息的任务。太阳耀斑引起的电离层变化和卫星传播出的电波在经过介质的时候，其折射率会出现改变，会造成卫星传播的电波在部分地区会有传播偏转的情况出现，这就是部分地区不能正常收到卫星传播信号的原因。太阳耀斑对GPS卫星传播信号造成影响以及缩短卫星使用寿命，主要是因为太阳耀斑会产生的大量宇宙射线，严重影响卫星的正常工作。GPS卫星的轨道在太阳宇宙射线中，是能够被捕捉到的。太阳的辐射中包含很多太阳辐射质子，会产生1Mev数量级的能量。处于大气层的外层中心位置，这个位置上的地磁活动正好可以准确将带电粒子捕捉到。太阳耀斑出现之后，周围区域带电粒子的数量能在很短的时间内增加到原来带电粒子的五倍以上，但是衰减的速度相比较增加的速度就会慢很多，大约要10天复原。高浓度的带能量的电荷会让卫星的表面也携带电子，也就是厚介质带电。这样会对传感器的灵敏程度造成影响，让卫星传播信号的能力减弱，会缩短卫星的使用寿命。剧烈的太阳活动和GPS接受机感受到的干扰在很大程度上是有关系的，通常在太阳活动保持在3～5天之后，GPS的信号就会出现受到扰动的迹象。
三、太阳活动给无线电导航系统造成的影响
理论上太阳黑子数目越多，太阳耀斑也就越大，出现频率越高，则无线电导航设备受到的影响也就越大。通常认为太阳黑子活动的周期是在11年左右。事实上却不能准确判断其活动周期，有时候太阳黑子的一个活动周期中，还会存在两个太阳黑子数峰值。1986年的太阳黑子的活动周期的特点是发展速度很快，1958年到达太阳黑子数峰值的太阳黑子活动周期在周期开始时间，也就意味着太阳活动的最剧烈时期。以往资料显示，太阳黑子数在达到一个峰值之后，太阳黑子数目还会在以后的2～3年处于较多的状态，也很有可能再出现一个太阳黑子数的峰值。
结论：
简而言之，各种实例可以说明，并不是天气晴朗无线电导航系统的导航效果就会更好，现阶段人们一定要对导航系统受太阳影响可能出现的变化进行充分了解。对于太阳耀斑情况很多国家也是十分重视的，比如美国就设置了专门的空间气候中心，可以在地面或者使用卫星对太阳进行时刻监测，也可以预测下次太阳耀斑出现的时间。监测太阳情况的人员和操作无线电导航系统的人员之间要有密切的交流，这样才能对太阳活动进行最及时的了解，最大程度上减弱其对无线电导航系统造成的影响[1]。
参考文献：
[1]王洪全，刘天华，崔凯，罗斌，欧阳承曦.基于星基的民用航空无线电通信、导航、监视系统发展现状[J].卫星应用，2017（11）：50-55.
[2]郭烨，海霞，赵长青，李瀚卿，何子昊，潘长勇.数字音频广播与航空无线电导航业务兼容性研究[J].电视技术，2017，41（06）：62-67+77.
[3]海霞，郭烨，盛国芳，李瀚卿，潘长勇.FM-CDR与航空无线电导航ILS，VOR兼容性研究[J].现代电子技术，2017，40（10）：5-9.
论文作者:孙涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/14
标签：耀斑论文; 太阳论文; 电离层论文; 太阳黑子论文; 无线电论文; 导航系统论文; 天波论文; 《防护工程》2018年第27期论文;