武汉电离层斜向返回探测系统波形发生器设计

针对传统电离层斜向返回探测雷达无法探测近距离电离层状态和可操作性差的缺点,为武汉电离层斜向返回探测系统(Wuhan ionospheric oblique backscattering sounding system,WIOBSS)设计了一套新型波形发生器.该波形发生器采用等间隔收发探测体制,使WIOBSS不但能探测到大范围内的电离层状态,且能获得所用伪随机序列的最大增益性能.该波形发生器依据软件无线电思想,利用高性能现场可编程门阵列和数字上变频器,搭建了一个通用的硬件平台.该平台所有功能通过可编程软件实现,只要加载相应软件,就可以选择不同类型的伪随机序列,任意改变伪随机序列的长度和发射波形的占空比,从而满足不同电离层状态下的探测需求.该波形发生器采用PXI(peripheral component interconnect extensions for in-struments)总线技术,设计成为一个小型化、高性价比的PXI模块.实验表明,采用该波形发生器的WIOBSS可清晰获得电离层垂直探测和斜向返回探测回波信息.

电离层斜向返回探测系统软件结构

在电离层探测中 ,伪随机噪声编码探测仪与常见的线性调频电离层探测仪相比具有一定的优势。随着软硬件技术的发展 ,按照伪随机编码体制特点 ,将软件与硬件有机结合 ,可以形成具有良好开放性和灵活性的电离层探测仪。该文在介绍伪随机噪声编码电离层斜向返回探测仪原理和系统结构的基础上 ,使用面向对象的程序设计方法和可视化的开发工具 ,基于消息 /标志交换机制和软件生成时序的思想设计并实现了系统软件。

小功率便携式电离层斜向返回探测雷达设计

采用伪随机编码、脉冲压缩和相干频谱积累技术,获得27 dB的相位编码脉冲压缩增益和21 dB的相干频谱积累增益,从而在小功率下实现远距离探测。采用等间隔收发新型探测体制,实现2 000 km范围内的无距离盲区探测和获得所用伪随机序列的最大增益性能。依据软件化雷达思想,通过可编程数字信号处理技术来实现雷达的大部分功能,从而使雷达具有良好的可编程、可配置和易升级性能。在整体结构上,采用PXI(外围部件互联总线面向仪器的扩展)总线技术,该雷达设计成为一个模块化、小体积的PXI系统。实际探测结果表明:在发射功率为100 W的情况下,该雷达清晰地获得了2 000 km内的返回散射扫频电离图和返回散射扫频多普勒电离图。

电离层斜向返回探测系统中的DSP设计

研制了一个应用于电离层斜向返回探测的实时同步信号处理系统 该系统采用间隔收发体制 ,无探测盲区 ,比STUDIO系统探测精度更高、速度更快、距离更远 ,并且软件化程度更高 。

电离层斜向返回探测系统的主控制器研制

介绍伪随机码调相脉冲压缩体制的新型电离层斜向返回探测系统的概况,重点讨论基于软件无线电思想的探测系统核心部件-主控制器的设计与实现。实验探测结果表明,该系统具有探测功率低、距离分辩率高的特点,能够同时获取电离层多普勒信息和“距离—频率—幅度”探测图。实测过程中,自主研制的由DSPs、FPGA器件构成的主控制器工作稳定,运行良好,满足探测要求,使系统具备开放、灵活、通用和易于升级等优点。

新型电离层斜向返回探测系统接收机设计

设计了基于VXI总线的中频数字化短波雷达接收机,用于相位编码脉冲压缩雷达体制的新型电离层斜向返回探测系统.采用了真对数放大器和16位AD变换器实现大动态范围,正交数字双通道零中频匹配滤波处理信号,内置可闭锁接收机的高速电子开关.试验表明,真对数放大器能有效改善接收机动态范围;对比原系统使用过的VXI3250接收机性能指标,证明新接收机适合新一代系统探测需要.收发隔离和闭锁功能良好、结构紧凑、全软件操作控制.

应用武汉电离层斜向返回探测系统测量回波相位

电离层作为时空随机变化介质,除了规则变化外还存在着不规则结构和随机变化,即电离层不稳定性,其直接影响是经过电离层传播的电波产生相位随机起伏。利用垂测仪和信标接收机测量精确相位数据的各种方法已被广泛应用,而应用具有大范围电离层探测能力的高频天波超视距雷达测量回波相位的方法还没有文献提出。文中提出了一种从相位编码脉冲压缩体制电离层探测雷达测量的电离层信道双时响应中提取相位数据的理论。此理论被成功地应用于自行研制的武汉电离层斜向返回探测系统中,探测获得了有效的回波相位数据。

基于GPS层析反演和斜向返回探测反演的电离层二维电子密度重构

GPS层析反演和电离层斜向返回探测反演可以给出电离层大尺度2维电子浓度分布,该文基于3次电离层垂测、GPS层析探测和斜向返回探测的实验结果,比较了GPS层析反演和电离层斜向返回探测反演得到的大尺度电子密度2维分布。结果表明GPS层析和电离层斜向返回探测都能较好地重构电离层电子密度分布,反映电离层大尺度的空间结构。通过和电离层垂测结果的比较,表明GPS层析和斜向返回探测反演得到电离层F2层最大电子密度和峰高具有较好的精度。

电离层斜向返回探测仪中主程序的设计与实现

使用面向对象的程序设计方法和可视化的开发工具 ,实现了电离层斜向返回探测仪的硬件控制、系统检测和数据的实时处理、显示与保存 ,并使软件具有较好的可移植性、可维护性和便于操作的特点。

电离层斜向返回探测雷达的发射模块设计

为在武汉电离层斜向返回探测系统(Wuhan ionospheric oblique backscattering sounding system,WIOBSS)中实现低的发射功率、远的探测距离、比较强的抗干扰等技术要求,根据WIOBSS的特点,提出了脉间二相编码等间隔收发探测模式。在这种新型探测模式中,WIOBSS采用发射长持续时间探测信号的方式来积累回波能量,并采用具有良好自相关性的二元伪随机序列m序列和近完美序列来对相位进行调制。另外,一套采用软件无线电和面向仪器系统的外围部件互连扩展(Pci eXtension for instru mentation,PXI)总线技术的软件化发射模块被设计用于实现这种新型探测模式。实际探测结果表明,采用该发射模块的WIOBSS在发射功率非常小的情况下成功地实现了2000 km范围内的电离层状态探测。

我国电离层返回斜向探测研究40年

回顾了４０年来中国电离层返回斜向探测研究，介绍了探测设备的研制理论与应用研究等方面取得的成就及研究进展，并对该项研究的发展趋势与应用前景作了展望。

高频返回散射扫频电离图的反演

斜向返回探测可以对遥远地区的电离层进行连续监测,是探测电离层的主要手段之一,一般得到返回功率、群路径或时延与频率之间的关系,称为高频返回散射电离图.由于电离图包含了探测路径上电离层状态信息,可以通过对其反演获得电离层结构参数.本文提出了一种新的反演算法,使用模拟退火方法对返回散射扫频电离图前沿进行了反演,并用实际探测数据进行了验证及统计,最后给出二维电子密度剖面图.结果显示,62.97%的反演结果与垂测结果吻合情况良好.该方法很好地克服了传统反演算法的不稳定性,且计算速度快,能获得准确的反演结果,表明了该算法在实时处理实际探测的返回散射扫频电离图中的应用价值.

新体制电离层探测系统中频接收模块设计

首先依据短波数字化接收机设计理论构架了一种基于软件无线电思想的中频接收模块平台。通过分析系统的功能需求以及接收回波的特性,讨论了该模块各部分功能的实现,重点介绍了信号采集和处理单元的实现技术。此中频接收模块应用在基于伪随机码调相脉冲压缩体制的新型电离层斜向返回探测系统中,可以实时获得丰富的电离层探测数据。该接收模块的设计以DSPs、FPGA技术为核心,具有处理方式灵活、实时处理能力强、升级空间大等优点。雷达系统的探测结果证明了该接收模块设计的合理性和实用性。

软件化电离层探测雷达波形产生器的设计

讨论的电离层斜向返回探测雷达的波形产生器是以软件无线电理论为基本思想设计了一台通用短波及超短波雷达波形产生平台。波形产生器主要由DSP和数字上变频器构成,DSP作为主控制器设定数字上变频器的调制方式和输出波形。因此雷达能够发射调幅、调频、调相和各种复合调制信号,实现多种电离层探测方式,从而可以实时获得丰富的电离层探测数据。

高频地波雷达距离混叠与距离模糊研究

针对地波雷达中远距离斜向返回散射电离层杂波的距离混叠问题,研究了不同接收机结构下线性调频中断连续波体制高频地波雷达的波形参数设计方法,给出了克服距离混叠和计算最大不模糊距离的公式以及波形参数选择的参考原则。理论计算和现场试验证明了远距离斜向返回散射电离层杂波是该体制雷达波形参数设计必须考虑的电波环境要素之一。

基于软件无线电技术的雷达系统接收通道设计

基于伪随机码调相脉冲压缩体制的电离层斜向返回探测系统可得到电离层的双时响应、散射函数、多径展宽等有用信息,是一种新型的电离层探测系统。该文重点讨论该系统中接收通道的开发与实现。该接收通道的设计基于软件无线电思想,以DSP技术为核心,具有处理方式灵活、实时处理能力强、稳定性好、升级空间大等优点。雷达系统的探测实验结果表明,该接收通道可以满足电离层斜向返回探测需要。

可变增益放大器AD603在雷达系统中的应用

本文介绍了低噪声可变增益放大器AD603在电离层斜向返回探测系统(IOBSS)中的应用。通过引入以AD603为核心的放大电路,改善了雷达系统接收回波信号的信噪比,提高了雷达的信号处理能力。

基于OCVR混频器的中频数字接收机设计

为了解决高速数字接收机中混频数据处理能力有限的问题,设计了基于八分圆周矢量旋转(OCVR)的高速数字正交混频器.该混频器仅通过简单二进制补码运算器和移位加法器即可实现,且不需要进行迭代运算.分析比较了常规的基于ROM架构、基于直接坐标旋转数字计算机(CORDIC)架构以及基于OCVR架构的混频器,结果显示基于OCVR的混频器拥有更高的数据吞吐量、更低的硬件资源消耗以及混频噪声小等特点.根据OCVR特性设计了武汉电离层斜向返回探测系统(WIOBSS)的中频(IF)数字接收机,该系统可以获取实时的宽带扫频后向散射电离图.实验证明该系统的探测覆盖范围已经延伸至3 000 km.

基于FPGA的收发共用天线体制时序的实现

介绍了一种基于FPGA的收发共用天线体制时序产生方法,给出了设计思路和仿真结果。该方法在电离层斜向返回探测系统IOBSS中应用效果良好。

电离层回波多普勒谱的预处理

基于一种新型的电离层斜向返回探测系统，针对其不同于传统高频天波雷达的回波谱特点，提出了一种回波预处理方法．该方法通过最大值搜索法进行地波定标、平均插值法消除盲区和统计阈值法消除射频干扰，然后将探测得到的数据进行处理．结果表明，处理后的回波谱真实有效地反映了电离层状态，射频干扰得到了有效抑制（衰减了6～7dB）．