电离层高频信道互易性研究:中纬度电离层斜向探测实验

该文首次利用武汉电离层斜向探测系统(WIOISS)对武汉-万宁和万宁-武汉两条电离层高频信道的互易性进行了分析。WIOISS是基于GPS时间频率同步手段开发的新型电离层斜向探测系统,通过比较由系统扫频工作模式和定频工作模式得到的两条路径下的斜向传播群时延和电离层高频信道散射函数,可以得出武汉-万宁和万宁-武汉的电离层高频链路有较好的互易性。

基于斜向探测最高可用频率反演电离层参数

提出了一种利用斜向探测F_2层最高可用频率及其对应时延反演传播路径中点临界频率f_0F_2和3000 km传输因子M(3000)F_2的新方法.该方法从工程实用角度出发,利用射线传播理论直接反演得到临界频率和3000 km传输因子.通过对长春-径阳和新乡-赤峰两条斜向探测链路中点电离层参数的反演分析,验证了方法的稳定性;利用反演结果与北京垂直探测数据对比,验证了方法的准确性;通过与Smith方法的对比,验证了方法的实用性.统计分析显示,此方法具有与Smith方法可比的精度,明显优于参考电离层模型给出的结果,其均方误差为0.48 MHz,相对误差为10.50%;具有较好的稳定性,对不同距离的探测链路有较好的适应性,反演精度差异为0.03 MHz;具有可操作性强,易于实现的特点.本研究成果可用于短波通信频率实时预报、动态频率管理及其相关领域.

数字式电离层斜向探测系统

报告了在２５６型数字式测高仪和ＳＳＪＸ－１接收系统之间的斜向探测，收发两端采用ＢＰＭ钟同步。本系统实现观测自动化，电离图数字化，尤其是采用高通数字滤波器对抑制外部干扰是很成功的。输出资料是电离图和信号能量～频率图。

基于HF返回散射和斜向探测的PD变换新方法

提出了基于实测返回散射电离图和斜向探测电离图及三维射线追踪技术综合处理的群路径P到地面距离D变换(简称PD变换)的坐标配准系数(kτ)修正方法,采用"归一化"的思想,计算射线追踪技术合成的斜测电离图和实测斜测电离图的归一化频率对应的群路径差值,利用该差值,修正不同距离的合成的群路径,特别是能够对远区没有信标参考地区的坐标配准系数进行修正。仿真分析了临界频率和反射高度估计存在误差时"归一化"方法修正的有效性,从而验证了该方法能够有效地克服电离层参数估计不准对坐标配准系数的影响。

自动扫频短波信道斜向探测系统设计与实现

基于全球定位系统时间同步手段和锁相环频率同步技术,利用数字信号处理器、复杂可编程逻辑器件等实现了自动扫频短波信道斜向探测系统的数据采集与发送硬件终端,搭载短波电台和计算机组成自动扫频短波信道斜向探测系统的硬件,开发了配套软件.所设计系统的收发端时间同步误差和频率同步误差都几乎为零,可以以数十瓦的发射功率实现短波信道的高精度探测.分析了系统的数字信号处理流程,进行了武汉和商丘之间的短波信道斜向探测实验,对探测结果进行了分析,分析表明,探测结果能够提供短波信道传播特性的基本信息.

斜向探测电离图描迹提取算法研究

电离层斜向探测工作在高频段,密集的外部干扰如短波通信,广播电台以及大气噪声等污染了接收数据,严重影响斜向探测电离图描迹的提取。针对上述问题,本文提出了一种提取斜向探测电离图描迹的算法。该算法由频域去干扰,有序统计量OS-CFAR检测,去虚警点三个步骤构成。对实测数据的处理结果表明这种方法的有效性和实用性。

基于遗传算法斜向探测电离层参数反演研究

斜向探测是电离层探测的主要方式之一,它能够获得电波传播群时延和频率关系的电离图。由于传输信号的媒质是电离层,因此斜测电离图包含了收发站之间电离层状态信息,通过对斜测电离图的反演可以提取电离层的状态信息。利用遗传算法,对斜向探测电离层参数进行了反演,获得了较好的结果,展示了该方法在电离层参数反演研究中的优点和实际应用前景。结果证明该方法具有一定的抗噪能力,具有良好的应用价值。

基于斜向探测的短波广播覆盖区分析方法

提出了基于斜向探测数据进行短波广播覆盖区分析的一种实用方法。该方法以斜向探测的MUF及其时延数据为基础,利用基于射线理论的反演方法和等比加权的重构方法进行电离层参数分析,最后利用短波传播预测方法实现了短波广播链路的场强预测和覆盖区分析。通过仿真实例验证了方法的可行性,这对短波广播系统的规划设计、性能分析有重要参考意义。

基于FPGA+ARM的电离层斜向探测系统设计

针对传统电离层斜向探测仪结构复杂、探测信道固定、多站同步探测中相干干扰严重问题,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)和先进精简指令集处理器(ARM)结构的嵌入式电离层斜向探测系统的探测方法,并给出系统结构设计。采用完全互补码解决多站同步探测的相干干扰问题,丰富了探测码制;利用数字中频接收结构在数字域中进行二次混频,避免了寄生信号和交调失真,具有标准化、模块化、扩展性强的特点;使用灵活的静态存储控制(FSMC)协议解决了控制模块之间高速并行数据传输问题,实现了数据的自动判读和频率优选。实验结果验证了系统设计的正确性及可靠性,该系统在空间物理学研究、天波超视距雷达探测、应急抢险救灾等领域有重要应用前景。

斜向探测通信选频试验研究

文中提出了一种集探测、通信、选频一体化的试验方法,该方法将斜向探测与短波通信、干扰选频结合起来,实现了斜向探测的同时通过通信得到选频结果,文中对发射部分和接收部分的关键模块进行了研究,并开展了斜向探测通信选频试验,通过斜向探测电离图得到无干扰的可通频率,结合解码得到的干净频率,选出通信可用频率,试验结果证明了该方法的可行性。

电离层高频斜向探测技术与选频应用

电离层探测是研究电离层特性和进行短波选频的重要手段之一，随着科学技术发不断发展，人类发明了各种各样的电离层探测方法，而电离层高频斜向探测，就是这众多探测方法中重要的一种。介绍了电离层斜向探测的基本原理、斜测电离图及应用，同时也对这种探测方法的优点和局限性进行了评述．

新型电离层斜向探测雷达设计

设计了一种新型电离层斜向探测雷达,该雷达采用脉间相位编码体制来实时测得斜向探测电离图和多普勒电离图,还利用全球定位系统(GPS)时间频率信号源和单片机来实现发射端和接收端的时间和频率同步,从而得到ns量级的时间同步精度和10-12量级的频率同步精度.该雷达的大部分功能都通过可编程软件来实现,通过加载相应的软件,雷达在进行斜向探测的同时,还实现了斜向返回探测.实际探测结果表明:在发射端和接收端相距1 200 km时,该雷达不仅得到了斜向探测电离图和多普勒电离图,还得到了斜向返回探测电离图和多普勒电离图.

电离层斜向传播模式的智能识别

采用数值统计与数字图像处理中形态学算子相结合的方法获得了高质量斜向探测电离图。结合观测描迹统计特性,利用改进的初始局部最大值和约束条件外推方法,实现了斜向探测电离层传播模式的智能识别,利用该方法可以自动提取常规电离图各传播模式对应的频率、群时延及信号能量等信息。

斜测链路F层最高观测频率变化特性分析

斜向探测是获取电离层状态信息的重要手段之一,根据斜向探测系统得到包含电离层状态信息的斜测电离图,能用于分析斜测链路上电离层相关参数的变化特性.以苏州—青岛和兰州—青岛两条链路为例,分析了斜向探测链路F层最高观测频率(Maximum Observed Frequency of F layer,MOFF)日变化特征;利用2013年12条斜向探测链路MOFF的观测数据,分析了冬、夏、分季的MOFF月中值变化特征,发现各链路的MOFF与电离层电子密度类似呈现出较为明显的日变化和季节变化特性.选取2013年西安—青岛、广州—海口两条链路的MOFF数据,与利用链路中点附近垂测数据计算的等效MOFF参数进行对比分析.结果表明:实测MOFF数据与等效MOFF数据具有较好的一致性,可为短波链路选频、电离层环境分析等提供参考.

基于斜测的短波通信可用频率预报方法可用性验证分析

本文以斜向探测数据为基础,通过对空间短波信道数据融合技术的研究,提升短波信道观测数据的利用率,在多维空间重构、非线性时间预测等关键技术方面实现突破,从而提高短波频率管理有效性,实现短波通信链路可用频率的实时预报。预报实例结果显示,预报统计均方根误差为1.27MHz,平均相对误差为9.06%,验证了方法的实用性。

高频通信可用频率现报与预报方法

提出了基于斜向探测数据进行高频通信最大可用频率实时现报和短期预报的一种实用方法。该方法以实时斜向探测的MUF及其短期预报数据为基础,利用经验反演和等比加权重构方法进行电离层参数分析,并基于ITU高频频率预报方法实现了高频通信链路可用频率的实时现报和短期预报。通过预报实例验证了方法的实用性:实时现报统计均方根误差为1.41 MHz、相对误差为10.09%;短期预报统计均方误差为1.48 MHz、相对误差11.90%;对比长期预报结果,实时现报和短期预报有较大的精度提升。

“新版亚大地区F2电离层预测”方法数据验证

分析了8条斜向探测电路4个月的实测数据,统计了每个月的F2层MUF月中值。将"新版亚大地区F2电离层预测"(NAOR)方法与其他三种预测方法(亚大地区F2电离层预测方法(AOR)、CCIR方法及URSI方法)预测的F2层MUF月中值与实测值进行了比较。结果表明,在中国区域内新版亚大地区F2电离层预测方法明显优于其他三种方法。最后建议,未来在没有更好方法预测F2层MUF月中值的情况下,"中国参考电离层"可采用新版亚大地区F2电离层预测方法。

运动着的电离层不均匀体的观测研究

在电离层斜向探测试验中,得到了具有"微笑"特征的群距离-多普勒谱图,基于简单的几何形状,构建了运动着的电离层不均匀体反射/散射电波的理论模型,给出了该模型下群距离-多普勒谱图的仿真结果.通过改变模型参数,得到的仿真结果和实测结果很好地吻合,证明了"微笑图"现象起因于运动着的电离层不均匀体这一解释的合理性,估计出了电离层不均匀体的运动速度.

电离层相位污染分类识别方法研究

电离层的非平稳特性使得经电离层传播的雷达回波信号相位扰动,长时间相干积累后杂波频谱展宽,影响舰船等目标信号检测.通过电离层回波信号相位分析统计,建立了电离层相位污染分类准则,基于该准则能够有效地将电离层污染划分为四类具有典型特征的电离层相位污染.基于数据挖掘技术中的聚类分析算法,提出了一种电离层相位污染类型自动识别算法,能够自动识别探测数据的相位污染类型,自动识别结果与相位统计分类结果匹配率平均达30.6%.在电离层相位污染分类研究的基础上,采用已有典型解污染算法,开展了不同类型污染的适用性抑制方法研究,结果最大熵谱估计法对"小幅度慢变化"和"大幅度慢变化"污染的抑制有效率分别达55.6%和60%;相位梯度法对"大幅度快变化"污染的抑制有效率达77.4%.因此证明合理实时的电离层相位污染类型识别能够为解污染算法创造较优越的使用条件,从而有效提高电离层解污染的性能,对提高天波超视距雷达舰船等目标检测性能具有重要意义。

短波信道时间选择性衰落特性的实验研究

分析了大圆距离约770 km的斜向探测电路的实测数据,统计了信号幅度衰落的累积分布、衰落深度、衰落率、基本相关时间、基本不相关时间和多普勒展宽共六个常用于描述短波信道时间选择性衰落特性的参数,还进行了不同积累时间频谱的分析。结果表明:不同传播模式,多普勒域幅度衰落66%较为符合正态分布,时域幅度衰落73%较为符合维布尔分布;电离层稳定时,幅度衰落自相关的特征值较大,而且自相关半径较为接近基本不相关时间;有效积累时间内,积累时间越长,多普勒分辨力越高,信号更加锐化;积累时间大于有效积累时间时,相干性变差,积累效果恶化。