CAS-DIS数字电离层测高仪系统研制

提出了将射频直接采样数字化的接收方式应用于数字电离层测高仪系统的设计方案,并详细介绍了该方案在CAS-DIS(Chinese Academy of Sciences,Digital Ionosonde)电离层测高仪系统的应用,给出了CAS-DIS电离层测高仪在中国武汉电离层探测标校试验场和武汉-北京斜向电离层探测系统中的实验结果.观测结果表明,采用本文提出的数字化方案设计的电离层测高仪系统性能优越,且可以分别工作在垂直和斜向探测模式,满足了电离层探测的多种应用需求.

一种数字电离层测高仪系统中O波与X波的分离方法

电离层测高仪系统中,O波与X波的分离非常重要.本文提出一种新的O波与X波分离的实现方法,根据电离层回波的极化特性,通过在接收电路上采用数字方法合成圆极化波的方式,实现了对O波与X波的有效分离.与现有DPS-4测高仪系统采用模拟域电信号合成圆极化波的方法相比,本文方法通过在数字下变频处理过程中引入±90°相移,消除了在模拟域电信号合成方法中相移器的带宽限制和非线性问题.另外,该方法在实现发射和接收信号的极化状态转换时不需要连续切换多个模拟开关,从而提高了整个系统的稳定性.

电离层测高仪回波中窄带干扰消除算法与分析

针对Rife双谱线频率估计方法精度不高的问题,提出了改进的三谱线窄带干扰消除算法.利用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)频谱中干扰主峰附近的3根谱线估算出窄带干扰频率,在干扰频点处做离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)运算得到干扰幅度和相位.噪声背景下随机干扰估计结果表明:相比双谱线算法,三谱线算法的频率估计误差下降了约50%.应用于电离层测高仪回波干扰消除,对窄带强干扰的抑制达20～60dB,干扰抑制能力相比双谱线方法提高了1～6dB,消除干扰后的频高图描迹信息增多,可提高频高图反演电离层特征参数的准确性.

克州电离层测高仪建设及初步结果

电离层测高仪是地面探测电离层的主要常规手段.2010年8月中国气象局在新疆的克孜勒苏柯尔克孜自治州(简称克州)(北纬39.72°,东经76.18°)完成了中国最西端电离层垂直探测站的建设.本文介绍了克州电离层测高仪的主要性能参数、一种新的CADI测高仪天线方案设计及天线系统测试结果;初步比较了克州电离层测高仪站和同样安装了CADI测高仪的加拿大Baker站(北纬52.16°,西经106.53°)2010年10月1日的电离图,这两个站的电离图质量基本一致;2011年2月24日发生了一次太阳耀斑事件,克州电离层测高仪记录了这次耀斑期间电离层的变化和响应,证明了测高仪监测对于短波通信有重要应用价值;比较了2010年8月至10月克州电离层测高仪观测月中值、Rome电离层测高仪(北纬41.9°,东经12.5°)观测月中值和IRI2007的模式值并发现:1)2010年8～10月,克州foF2观测月中值和同纬度Rome的foF2观测月中值在分布形态上比较一致;2)克州foF2观测月中值和模式月中值在8月比较吻合,在10月存在一定差异;9月10:00～13:00、10月4:00～14:00IRI2007模式月中值高于观测月中值,且偏离较大(大于8%);3)克州foF2观测月中值在8月、9月的分布中存在Biteout现象.

基于ARM7的电离层测高仪射频信号源的设计与实现

指出了电离层测高仪中射频信号源模块的主要功能是产生用于发射的射频编码调制脉冲信号,以及用于下变频和相位解调的本振信号,利用ARM7芯片和DDS(Direct Digital Synthesizer)技术设计实现了电离层测高仪中的射频编码调制脉冲信号和本振信号.实验结果表明:该信号源所产生的高频信号具有精度高,频率转换时间短等特点,完全可以满足电离层测高仪对信号源的技术要求.

关于电离层测高仪电磁环境测试方法的研究

主要分析研究了电离层测高仪的工作原理、系统组成,并对电离层测高仪电磁环境的防护要求、电磁环境测试灵敏度要求、测试的具体方法以及结果分析等测试的关键问题进行了深入的分析研究,给出了相应的测试建议。

1960年武汉站电离层测高仪数据集

电离层垂直探测是电离层观测历史最为悠久,至今仍发挥重要作用的地面常规探测手段。武汉站是中国最早开始常规电离层垂直探测研究的台站,不间断地积累电离层垂直探测数据,有力地支撑了我国电离层区域特性和扰动传播的观测研究。1957–1991年,武汉站电离层垂直自动探测是以胶卷为存储介质。本文选择以1960年为代表,介绍武汉站电离层胶片频高图数字化图像和电离层参数数据。本数据集原始观测精确可靠、数据记录完整连续,可为电离层赤道异常北驼峰以北地区电离层空间天气学和气候学研究提供重要数据支持。

敏捷数字电离层测高仪系统研制及初步观测

在小型天线和低发射功率条件下,保证电离层测高仪观测数据质量和提高观测速度一直是电离层垂测的技术难点.针对这一问题,基于新近发展的高速数字芯片和射频器件,采用窄带跟踪滤波、脉冲压缩、编码复用和天线均衡匹配等技术,设计和研制一种敏捷数字电离层测高仪.该系统采用数米高的小型收发天线和便携式主机系统,配置任意频率扫描方式频高图、高分辨率多普勒频高图和斜向探测等多种工作模式,具有可流动观测布站、系统参数灵活捷变及适合快速电离层扰动探测等能力.敏捷数字电离层测高仪为组网观测获得大范围电离层时空变化和电离层快速扰动及传播提供了一种有效的探测手段.

南极中山站数字式电离层测高仪的初步观测结果

本文介绍数字式电离层测高仪DPS—4的原理和特点、在中山站的安装和调试．从扫频电离图所得到的初步结果表明，中山站冬季电离层F层存在明显的磁中午现象，而电离层Es层与极光粒子沉降有很大关系；漂移测量的结果表明，电离层漂移主要是水平方向的运动，并且具有大体一致的日变化模式，显示出在没区存在逆阳对流．

基于FPGA的高性能电离层测高仪数控系统设计

为建立天地一体化电磁观测系统,实现电离层等的实时准确观测,为地震机理的研究与地震预报工作提供科学有效的数据,提出了一种高性能电离层测高仪数控系统设计方案将应用于电磁卫星的地面同步验证系统中,给出了数控系统的时序控制单元、发射单元和接收单元等的具体实现.在收发延迟可变的雷达时序控制下,发射单元利用直接数字合成技术产生1~30 MHz的脉冲信号,40位类巴克码对脉冲信号进行二进制相位调制编码,随后交替发射正交极化波;接收单元利用高速模数转换器实现信号的数字化,采用FPGA技术进行下变频处理.本数控系统的设计可直接获取回波信号的极化信息,高度分辨率为1.5 km,探测周期小于2 min.实验结果表明,该数控系统方案切实可行.

青海省首个电离层测高仪监测站基础建设已完成

2010年11月上旬．青海省首个电离层测高仪监测站基础建设在都兰县气象局已完成建设。该站建成后，将获取电离层监测的第一手资料．为青海西部电离层天气的监测、预警、服务等工作提供重要的数据支持。

电离层测高仪介绍及其维护

电离层测高仪是目前地面垂直探测研究电离层的主要常规设备,在电离层无线电探测中有着重要作用。介绍了电离层测高仪的基本原理等和其基础维护及常见故障处理。

电离层测高仪电磁环境测试方法的研究

目前,电离层测高仪是地面垂直探测过程中对电离层进行研究的一种常规设备,在探测电离层无线电中发挥着重要作用。本文对电离层测高仪的工作原理进行简单的分析,并且研究其系统的组成。对电离层测高仪的电磁环境防护需求进行探索,简单分析电磁环境测试灵敏度的情况。并就测试具体方法和相关结果等进行简单的讨论和分析,以便于能够为相关的测试提供合理的建议。

电离层数字测高仪被动接收观测模式研究

利用CADI(Canadian Advanced Digital Ionosonde)电离层数字测高仪平台,实现了新的电离层数字测高仪被动接收观测模式。利用新开发的观测模式,在观测台站开展了一系列实验观测研究,经过信号处理和信息提取,获得了电离层特征参量f_0F_2回归方程,高频信道背景噪声分布,电离层D层对电波的吸收等电离层探测信息。实验观测结果表明,所获取的f_0F_2与主动探测结果相关性在0.84以上,高频信道背景噪声分布以及电离层D层吸收状况与电离层实际分析结果相吻合。

DGS-256电离层数字测高仪的升级与联网

随着网络通信技术的发展 ,通过电离层测高仪的联网提供电离层实时数据 ,已成为当前国际上电离层观测技术的发展趋势。文中介绍了为实现电离层频高图数据自动度量和联网 ,对武汉 DGS- 2 56电离层数字测高仪进行升级改造的技术方案和实施方法。通过系统升级改造后 ,不仅实现了武汉上空电离层数据实时在网上发布 ,而且还可在网上对数字测高仪进行远程控制。

北京上空中小尺度电离层扰动特征

本文采用电离层测高仪数据对北京上空中小尺度电离层扰动进行了事例分析和统计研究.利用PDI电离层测高仪的快速扰动探测数据,分析了2017年11月13日北京上空典型的中小尺度电离层扰动事件.结果表明,电离层测高仪直接观测的电离层频高图上的V形(或U形)下降结构,是中等尺度电离层扰动的一种“显式”特征.小尺度电离层扰动主要出现于较低的高度,并不伴随着电离层频高图上显著的异常结构.通过统计2010—2021年电离层频高图数据中的电离层异常描迹事件,分析了北京上空中等尺度电离层扰动的发生率特征.以这些特殊描迹为特征的电离层扰动主要是白天现象,且冬季的发生率显著高于其他季节.其发生率与太阳活动呈反相关,即太阳活动较强时中等尺度电离层扰动的发生率较低,与地磁活动的相关性尚不十分明确.

电离层等离子体漂移测量技术研究

针对等离子体漂移测量技术中干涉仪测向存在相位模糊、短波干扰导致测向误差等问题,改进了基于相控阵电离层垂直探测的等离子体漂移测量技术.采用波束合成测向方法,利用二维搜索方法确定最大峰值信号对应的方位角和天顶角(此即为信号实际来波方向),提升回波方向测量的稳健性;采用时间内插技术提升定频探测频率个数的同时缩短定频探测时间,增加有效等离子体反射回波点数;针对同频干扰和“条状”干扰,采用干扰避让技术,确保受干扰的信号不参与后续测向处理,同时采用多普勒域能量曲线来确定有效回波的高度范围,提升等离子体回波速度估计的准确性.与海南富克站部署的DPS-4D电离层测高仪实测结果对比验证了本文所提方法的有效性.

2014年黑龙江漠河站电离层数字测高仪数据集

电离层测高仪是最常用的地基电离层观测设备之一。子午工程中,中国科学院地质与地球物理研究所在黑龙江漠河台站(122.3°E,53.5°N)建成了我国最北端的电离层数字测高仪,不间断地积累电离层常规探测数据,有力地支撑了我国电离层区域特性和扰动传播的观测研究。本数据集包含2014年全年漠河站DPS4D电离层数字测高仪观测的原始电离层频高图数据和自动度量分析的电离层参数数据。本数据集原始观测精确可靠、数据记录完整连续,可为中纬电离层空间天气学和气候学研究提供重要数据支持。

电离层数字测高仪实时控制处理系统

电离层数字测高仪是地面观测研究电离层的主要常规设备,在电离层无线电探测与诊断中发挥着重要作用。本文利用CADI电离层数字测高仪硬件平台,开发并实现了电离层数字测高仪实时控制处理系统。实验观测结果表明:新开发的CADI电离层数字测高仪实时控制处理系统界面友好,操作方便,运行可靠,系统采集数据准确连续,完全满足电离层观测研究需要。

电离层数字测高仪中的脉冲压缩技术及其FPGA实现

使用现代雷达信号处理系统中广泛应用的数字脉冲压缩技术,在FPGA硬件平台上设计实现了电离层数字测高仪接收机模块中用于对13位巴克码进行解码的相关运算电路,解决了电离层数字测高仪中目标作用距离与距离分辨率之间的矛盾.实验结果表明:基于FPGA的相关运算电路处理速度快,精度高,实时性好,完全满足电离层数字测高仪对解码电路的性能指标和技术要求.