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子午工程

The Chinese Meridian Project

子午工程，全称“空间环境地基综合监测网”，是我国分两期建设的国家重大科技基础设施。子午工程一期于2008年开工建设，2012年建成。工程沿东经120°、北纬30°布局15个综合性台站，形成“东半球空间环境地基综合监测子午链”。一期工程以链为主、链网结合，主要覆盖我国东部地区。工程综合运用地磁（电）、无线电、光学和探空火箭等多种监测手段，可连续监测地球表面20~30公里以上到几百公里的中高层大气、电离层和磁层，以及十几个地球半径以外的行星际空间环境中的磁场、电场、大气风速、密度、温度、成分、太阳风速度等空间环境参数。

子午工程二期于2019年开工建设，在一期工程的基础上，新增16个台站，形成沿东经100°、120°、北纬40°、30°“井”字型布局的31个台站、近300台（套）监测设备组成的空间环境监测网络。对我国上空的电离层、中高层大气、地磁形成网络化的监测能力（“三网”）；在极区高纬、北方中纬、海南（南方）低纬、青藏高原4个重点区域建设国际先进的大型监测设备，开展对空间环境的精细“显微”探测（“四聚焦”）；建设一系列先进的太阳-行星际监测设备，形成对日地空间全链条的监测能力（“一链”）。“一链、三网、四聚焦”的架构首次从地面实现对日地空间环境全圈层、多要素综合的立体式探测，将是国际上覆盖区域最广、探测手段最多、综合探测能力最强的空间环境地基监测设施。

科学目标

通过从太阳大气到近地空间全链条、全国覆盖、高时空分辨的监测，探索空间天气事件的传播、演化和影响我国空间环境的路径和规律；

揭示我国不同区域上空的空间环境的变化特征和差异，以及青藏高原和南海等特殊区域空间环境变化的精细过程；

研究我国特殊地质和地理条件下，固体地球、低层大气和近地空间环境的耦合过程。

应用目标

提供中国地区全域覆盖的、高时空分辨的、实时的空间环境地基监测数据，为我国航天器发射和在轨运行以及南海等区域的通信导航保障服务提供科学支撑；

构建自主的空间天气预报模式，实现我国空间天气建模与预报能力的跨跃发展；

拓展空间环境地基监测数据的应用范围，促进相关交叉学科的发展。

探测设备

表：子午工程一期探测设备类型及其技术参数

序号	设备名称	探测对象	技术参数
1	非相干散射雷达	利用高空大气中等离子体热起伏的微弱散射信号来遥测高空大气的物理参数，如电子密度、电子温度、离子温度、离子成份、等离子体运动速度等直接测量物理量，以及数十个间接测量物理量。	峰值功率：2MW 平均功率：100KW 工作频率：500MHz 频率带宽：±2MHz 脉冲宽度：20～500μs 调制类型：脉内相位编码占空系数： 5% 电压驻波比：≤1.2 探测高度：90～1000km 俯仰扫描：3～89度，扫描速度：3度/秒方位扫描：0～360度，扫描速度：5度/秒
2	高频相干散射雷达	监测极区电离层场向排列的不均匀体及其运动，探测参数包括雷达回波强度、电离层对流速度、速度谱展宽。	工作温度范围：-40～10℃ 雷达通道数：2 波束数：16 工作频率：8～20MHz 测距精度：15、30、45km可调发射脉冲长度：100μs、300μs可调接收机带宽：7.5kHz、20kHz可调
3	MST雷达-河北香河	用于观测中间层(Mesosphere) －平流层(Stratosphere) -对流层 (Troposphere) 的风场矢量和湍流，必要时也可扩展功能至低热层状态的监测。	工作频率：50 MHz 峰值功率：≥172kW 平均功率：34.4kW 天线规模：24×24 有源相控阵（八木天线、水平线极化）探测量程：≥90km 获取测量参数：(1) 3D大气风场； (2) SNR(3) 后向散射功率；(4) 功率谱密度
4	MST雷达-武汉崇阳	观测中间层（Mesosphere）－平流层（Stratosphere）-对流层（Troposphere）的风场矢量和湍流，必要时也可扩展功能至低热层状态的监测。	工作频率：53.8 MHz 脉冲宽度：1～10 ms 脉冲重复周期：80～800 ms 发射峰值功率：≥170kW 平均功率：≥34kW 最大占空比：20% 探测高度：3.5～10km（低模式）、11～25km（中模式）、60～90km（高模式）高度分辨率：150 m（低模式）、600 m（中模式）、1500 m（高模式）最大测量径向速度：≥35 m/s 径向速度分辨率：≤0.2 m/s
5	VHF雷达	利用电离层不均匀结构对雷达信号散射，探测研究电离层不均匀结构特性及变化。	发射机工作频率：47MHz 陈列规模：18×4=72单元峰值功率：54KW 平均功率：最大5.4KW 信号带宽：62.5，125，250，500kHz，1 MHz，2 MHz (可调) 脉冲宽度：0.5～208 (13×16)us（可调）脉冲重复频率：100，200，300，400Hz (可调) 接收机噪声系数：3dB(T/R模块) 脉冲压缩：7位/13位Barker码子脉冲宽度：0.5，1.0，2.0，4.0，8.0，16.0us(可调) 动态范围：70dB 接收机灵敏度：-108dBm A/D位数：14位
6	流星雷达	获得在80～100公里高度范围内大气风场，大气扩散系数，流星通量，流星位置和流星运动速度等参数。	雷达工作频率：38.9MHz（可调）发射信号带宽：75kHz 发射机峰值功率：20.0KW 发射脉冲重复频率：2000Hz 脉冲宽度：13us 发射机可工作最大脉冲占空比：10% 发射信号极化方式：圆极化信号相干接收机通道数：5 A/D采样位数：16 采样高度分辨率：2km
7	数字测高仪	通过垂直向上发射无线电脉冲，接收在不同频率上由电离层发射的回波，测量回波的传播时间，得到反射虚高随频率的变化曲线。在此基础上，可获得电离层的临界频率foF2、电离层峰值高度，和最大电子密度值NmF2等参量，并可以反演峰下电离层电子浓度剖面。	接收机频率范围：1～30MHZ 带宽（6分贝点）：20KHz 灵敏度：-120dB 动态范围：70dB 增益控制：自动或手动可选发射天线频率范围：1～30MHZ 带宽（6分贝点）：20KHz 接收天线频率范围：1～30MHZ 带宽（6分贝点）：20KHz
8	IPS望远镜	利用行星际闪烁现象，实现对太阳风速度等参量的监测。	工作频率：UHF（327/611MHz）、S/X（2300/8400MHz）双频可选工作带宽：0～2、0～4、0～8、0～20MHz 可选灵敏度：0.3Jy（4MHz，2s）可选大时角跟踪观测方式有一定的避干扰能力（移频法）
9	宇宙线超中子堆	获取宇宙线通量等参数。	甄别器电压：0.15±0.02V 通道分辨率：2.2±0.3µs 配套软件功能：实时数据传输及接收、处理、曲线展示、故障报警数据传输：按接口文件约定的数据种类、文件名、格式、时频传输数据
10	闪烁体望远镜	μ子计数。	输出脉冲失真度：5V以内不失真放大器输出前沿时间：0.5µs不失真甄别器电压：连续可调配套软件：实时数据传输及接收、处理、曲线展示、故障报警数据传输：能按接口文件约定的数据种类、文件名、格式、时频传输数据
11	电离层TEC及闪烁监测仪	监测东经120°附近的电离层形态—扰动—效应，以及中、低纬度的电离层闪烁等电离层参量。	1. 测量精度本机晶振相位噪声要求：-125dBc/Hz@10Hz，-145dBc/Hz@100Hz，-165dBc/Hz@10000Hz ● L1 C/A Code 6 cm RMS ● L1 Carrier Phase 0.75 mm RMS ● L2 P(Y) Code 25 cm RMS ● L2 Carrier Phase 2 mm RMS 2. 时间精度：20 ns RMS。 3. 通信接口：RS-232/USB，速率：230400bps/5Mbps； 4. 接收天线：双频厄流圈抗干扰天线； 5. 馈线：15m； 6. 电源9V至15V，功率：5W； 7. 工作环境温度-40℃～70℃； 8. 绝对TEC测量精度：小于2TECU 9. 相对TEC测量精度：小于0.02TECU； 10. S4测量精度：0.01。
12	电离层高频多普勒频移	对电离层状态进行连续观测，发现并分析中小时间尺度的电离层扰动，分析得到扰动的来源和传播速度等空间信息	● 在信噪比大于-80dB的前提下，可以观测到0.1Hz以上的短波信号频率的多普勒偏移。 ● 观测记录可以反映小尺度、中尺度和大尺度的电离层行扰，结合在地面三点分布的观测网络所获取的数据， ● 可以分析判断扰动的传播方向。 ● 观测记录可以反映地磁和部分气象因素导致的电离层扰动现象，可记录的最小周期的扰动约在30秒左右。 ● 观测记录可以反映C级以上太阳耀斑引起的短波频率的突然偏移、电波吸收等电离层骚扰现象。
13	激光雷达-北京延庆	获得近地面至110km的大气后向散射回波信号，通过反演可得到地球空间环境的中高层大气的密度、温度、钠层密度等大气参数。	大气密度探测高度范围：30～70km 高度分辨率：24～96m 时间分辨率：5分钟大气温度探测高度范围：30～70km 高度分辨率：15～300m 时间分辨率：2小时大气钠原子数密度探测高度范围：80～110km 高度分辨率：15～600m 时间分辨率：5分钟
14	激光雷达-合肥科大	探测平流层气溶胶, 中间层大气密度温度,中间层顶钠层密度,以及0～40km高度大气风场。	大气温度测量：探测波长532nm，探测范围30～70km，空间分辨率15～300m，时间分辨率30分钟； Na 层密度测量：探测波长589nm，探测范围80～110km，空间分辨率15～600m，时间分辨率30分钟；气溶胶测量：探测波长532nm，探测范围近地面～30km，空间分辨率15～150m，时间分辨率30分钟；大气风场测量：探测波长355nm，探测高度范围: 10～40km，风速测量范围: 100m/s，垂直分辨率: 100m@10km,500m@<40km，水平风速精度: : 3m/s@10km,6m/s@40km，扫描范围: 垂直风廓线、PPI扫描径向风场，时间分辨率30分钟/profile (>10km)。
15	激光雷达-武汉珞珈山	获得近地面至110km的大气后向散射回波信号，通过反演可得到地球空间环境的中高层大气的密度、温度、钠层密度等大气参数。	大气密度探测高度范围：30～60km 高度分辨率：24～96m 时间分辨率：5分钟大气温度探测高度范围：30～60km 高度分辨率：24～96m 时间分辨率：2小时大气钠原子数密度探测高度范围：80～110km 高度分辨率：24～96m 时间分辨率：5分钟
16	激光雷达-海南海口	获得近地面至110km的大气后向散射回波信号，通过反演可得到地球空间环境的中高层大气的密度、温度、钠层密度等大气参数。	大气密度探测高度范围：30～70km 高度分辨率：24～96m 时间分辨率：5分钟大气温度探测高度范围：30～70km 高度分辨率：15～300m 时间分辨率：2小时大气钠原子数密度探测高度范围：80～110km 高度分辨率：15～600m 时间分辨率：5分钟
17	光学干涉仪	获取85～250km高度之间气辉高度上的大气风场和温度数据。	各波长气辉测量指标如下：波长(nm) ±FWHM(nm) ：892.0±2.0，峰值高度：87km，积分时间（分）：3，风速误差（m/s）:6，温度误差（℃）:10；波长(nm) ±FWHM(nm)：557.7±2.0 ，峰值高度:98km，积分时间（分）：3，风速误差（m/s）:5，温度误差（℃）:3；波长(nm) ±FWHM(nm)： 630.0±2.0，峰值高度：250km，积分时间（分）：5，风速误差（m/s）:10，温度误差（℃）:20。
18	全天空气辉成像仪	获取85～250km高度之间气辉辐射强度数据。	实现对如下气辉波长的观测（波长(nm)±FWHM(nm)）： 1. 557.7±2.0 2. 589.3±2.0 3. 630.0±2.0 4. 656.3±2.0 5. 777.4±2.0 6. 865.0±10 7. 715.0 ±10.0nm & 930.0±10.0nm, Notch865.5nm±18nm
19	极光光谱仪	测量同一条子午线上的极光和气辉辐射光谱。	1.光学部件：物镜（两种物镜可更换）：18度视场，镜头135 mm F2.8；180度视场，鱼眼镜头16 mm F2.8。有效物镜F参数：F4.2 准直镜组：D>58mm 聚焦透镜：50 mm F1.2 视场：18°/ 180° 2.Grism 尺寸：55 mm×55 mm 线密度：600 g/mm或700 g/mm 3.CCD相机象素点：1024×1024 象素大小：13μm 感光区域：13.3×13.3 mm 4.光谱范围：420～730 nm 5.光谱分辨率：550 nm时为1.5 nm 6.空间分辨率：18度视场，0.04～0.1度， 180度视场，0.37～0.98。
20	感应式磁力仪	堪培监测3分量地磁感应场X、Y、Z。	接收信号频率范围：0.001 ... 30 Hz 转化系数误差：≤3 dB (50±0.2) 或(60±0.2) Hz处的误差抑制：>60 dB ADC (CAM unit) 精度：24 bit 电源电压：± (6...12) V 总功率：<3 W 工作温度范围: -10～50℃
21	磁通门磁力仪	监测3分量地磁相对变化场H、D、Z和温度T。	测量分量：H、Z、D地磁场三分量和温度T；测量范围：0～±62,500 nT；动态范围：0～±2,500 nT；分辨力：0.1 nT；噪声水平：小于0.1 nT RMS；温度系数：小于1nT/℃；非线性度：优于5‰；频带宽度：0～0.3Hz； A/D模数转换：24 bits；采样率：1次/秒；数据存储：512MB的CF存储卡；通信接口：10M以太网接口；定时方式：0.5ppm守时、GPS授时；定时精度：小于1s/天；（GPS有效）整体功耗：平均功耗＜4W；工作温度：0℃～+40℃
22	Overhauser磁力仪	监测1分量地磁总场强度F。	灵敏度：<0.1 nT 分辨率：0.01 nT 动态范绝对精度：1 nT 采样率：3s～60s可选动态范围：20000到120000nT
23	磁通门经纬仪	监测1分量地磁场偏角D和1分量地磁场倾角I。	测量范围：0.1nT～0.2nT 波段宽度-x1灵敏度：DC 10Hz 校准精度：0.1% 最大分辨率：0.1nT 零场偏移：±1nT 零场偏移的温度系数：0.01nT/℃ 校准温度系数：<10ppm/℃ 工作温度：-10℃～+50℃ 相对湿度：80%不凝固
24	大气电场仪	1分量大气电场	动态范围：-20kV/m～+20kV/m 面板显示分辨率：≤2.5V/m 计算机采集分辨率：≤5V/m 频带范围：DC～ 1Hz 线性系数：≤0.5% 面板显示采样率：2.5次/s 计算机采集分辨率：≥5次/s GPS时间服务：GPS实时获取时间整体功耗：小于30W
25	地电场仪	监测3分量地电场X、Y、Z。	测量电压最大误差：±0.1%（读数），+0.02%（满度) 测量电压分辨力：优于10μV 测量范围：大于-1000.00mV～+1000.00mV 输入电阻：不小于10MΩ 频带范围： DC～0.005Hz 工频共模抑制比：不小于140dB 工频串模抑制比：不小于80dB 测量通道：6个数据吐出率：不低于每道每分钟1次数据存储容量：不少于15天的分钟值观测数据
26	TYC电离层探测仪	——	——
27	GPS-TEC监测仪	——	——

站点分布

表：子午工程一期站点设备信息

序号	台站	观测站点	地理经度	地理纬度	部署设备
1	漠河	黑龙江漠河站	122.367	53.484	流星雷达
					电离层数字测高仪
					GPS-TEC监测仪
					人工磁通门经纬仪
					磁通门磁力仪
					Overhauser磁力仪
					感应式磁力仪
					大气电场仪
2	满洲里	内蒙古满洲里站	117.378	49.597	磁通门磁力仪
					感应式磁力仪
					地电场仪
		满洲里合作站	117.458	49.591	TYC电离层探测仪
3	长春	长春农安站	125.185	44.432	磁通门磁力仪
					感应式磁力仪
					大气电场仪
					地电场仪
		长春朝阳站	125.288	43.833	TYC电离层探测仪
4	北京	北京延庆站	115.975	40.457	激光雷达
		北京小牛坊站	116.261	40.088	宇宙线超中子堆
		北京密云国台站	116.941	40.531	IPS望远镜
		河北兴隆站	117.501	40.417	全天空气辉成像仪
					光学干涉仪
		北京十三陵站	116.208	40.24	GPS-TEC监测仪
					人工磁通门经纬仪
					磁通门磁力仪
					Overhauser磁力仪
					感应式磁力仪
		北京昌平站	116.278	40.11	电离层数字测高仪
		北京北大站	116.31	39.992	高频多普勒频移监测仪
					电离层TEC及闪烁仪监测仪
		北京密云地面站	116.843	40.376	高频多普勒频移监测仪
					电离层TEC及闪烁仪监测仪
		北京北大昌平分校站	116.231	40.221	高频多普勒频移监测仪
					电离层TEC及闪烁仪监测仪
		河北香河站	116.967	39.751	MST雷达
5	新乡	新乡洪门镇站	113.927	35.303	GPS-TEC监测仪
		山东马陵山站（地震局马陵山站）	118.367	34.614	磁通门磁力仪
					感应式磁力仪
6	合肥	合肥科大站	117.269	31.837	激光雷达
					移动测风激光雷达
7	武汉	武汉珞珈山站	114.362	30.537	激光雷达
		武汉崇阳站	114.496	30.66	MST雷达
		武汉左岭镇站	114.344	30.5	GPS-TEC监测仪
					电离层数字测高仪
					流星雷达
		武汉九峰站	114.481	30.506	磁通门磁力仪
					感应式磁力仪
					大气电场仪
					地电场仪
8	广州	广州肇庆站	112.465	22.949	磁通门磁力仪
					感应式磁力仪
					大气电场仪
					地电场仪
		湖南邵阳站	111.468	27.239	磁通门磁力仪
					感应式磁力仪
		广州天河站	113.362	23.125	TYC电离层探测仪
		广州先烈路站	113.31	23.151	μ子望远镜
		北大深圳站	113.977	22.593	高频多普勒频移监测仪
					电离层TEC及闪烁仪监测仪
9	广州	海南海口站	110.2	20.044	激光雷达
		海南富克站	109.139	19.521	全天空气辉成像仪
					GPS-TEC监测仪
					VHF雷达
					电离层数字测高仪
		海南三亚站	109.578	18.282	人工磁通门经纬仪
					磁通门磁力仪
					Overhauser磁力仪
					感应式磁力仪
					GPS-TEC监测仪
		海南琼中站	109.855	19.034	磁通门磁力仪
					感应式磁力仪
10	上海	浙江杭州站	120.155	30.274	磁通门磁力仪
					感应式磁力仪
11	重庆	重庆沙坪坝站	106.458	29.541	TYC电离层探测仪
12	曲靖	云南曲靖站	103.796	25.49	非相干散射雷达
13	成都	成都郫县站	103.903	30.796	磁通门磁力仪
					感应式磁力仪
					大气电场仪
					地电场仪
14	拉萨	西藏拉萨站	91.115	29.644	磁通门磁力仪
					感应式磁力仪
15	南极中山	南极中山站	76.378	-69.216	极光光谱仪
					高频相干散射雷达
					电离层数字测高仪
					人工磁通门经纬仪
					磁通门磁力仪
					Overhauser磁力仪

数据资源

数据介绍：

https://vsso.nssdc.ac.cn/mhsy/html/datalist.html?ssgjz=子午工程

检索下载：

https://data.meridianproject.ac.cn/