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。

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。

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.

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 。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

基于VXI总线的电离层探测系统信号源的设计

根据新型电离层斜向返回探测系统的编码调相脉冲压缩、间隔收发体制,采用 FPGA和数字上变频器实现了一种适合该体制的、基于VXI总线的信号源模块.具体描述了该模块的设计方法、主要逻辑和时序关系.试验表明,该模块运行可靠,工作方式和参数调整灵活,实现了符合体制要求的射频信号和时序控制信号,满足了新型电离层斜向返回探测系统抗干扰、开放性和易升级的要求.

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。

一种改进的电离层参数联合反演方法

文献[1]提出了一种基于HF返回散射和斜向探测联合探测电离层,融合两种探测结果联合反演电离层参数的新方法,该反演方法基于特定的电离层QP模型和均方误差最小准则,采用全局搜索的方法确定QP模型参数。针对该联合反演方法进行了改进,分析了不同采样方式对于反演结果的影响,通过优化频点选择提高了反演的稳定性和准确性,并引入了粒子群优化算法进行搜索,大大缩短了反演的时间。仿真结果显示,这种改进后的联合反演算法具有更高的效率和实用性。

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。

采样方式对于电离层反演结果的影响

通过提高电离层反演输入信息的质量来提高电离层反演的准确性和稳定性。首先对电离层模型参数与电离图特征之间的关系进行了研究,然后深入分析了采样方式对反演结果的影响,通过寻找更能代表电离图"质"的"点集"来提高反演的准确性和稳定性。最后通过反演仿真证明了该方法的有效性。

一阶海杂波电离层多普勒频移和展宽

为研究天波超视距雷达一阶海杂波电离层多普勒频移和展宽的变化规律,从电离层斜向返回探测海杂波功率谱中提取出不同电离层传播模式下的多普勒数据,对宁静地磁条件和发生磁暴2种情况分别进行了分析。结果表明,宁静地磁条件下,Es层多普勒频移绝对值和多普勒展宽比F层小,并且稳定得多,更有利于天波超视距雷达对海面舰船目标进行检测和跟踪;磁暴发生期间,电离层多普勒频移绝对值及其不稳定度显著增加,多普勒展宽及其不稳定度也有所增加,从而导致天波超视距雷达对海面舰船目标的检测和跟踪能力下降。

电离层回波信号的瞬时频率估计

在电离层的探测与研究中,瞬时多普勒频率可以很好地表明多普勒效应随时间的变化情况,从而反映电离层的变化规律。文中采用相位差分和相位建模两种瞬时频率估计方法,对实际电离层斜向返回探测系统的回波信号进行了仿真,并做出了比较分析,结果显示相位建模方法更能准确反映电离层的变化规律。