[发明专利]一种基于多载波信号形式的电离层探测方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于多载波信号形式的电离层探测方法及系统，该方法包括如下步骤：（1）在发射端通过构造线性调频多载波信号的基带数据，利用正交上变频技术产生连续扫频的高频模拟射频信号，经功率放大通过天线辐射到空间传播；（2）在接收端通过宽带接收机、高速采样、数字下变频、抽取滤波产生零中频基带数据，对各子带匹配滤波，获取各子带回波数据，或者对各子带联合带宽进行匹配滤波，获取联合带宽下的回波数据。本发明所公开的基于多载波信号形式的电离层探测方法及系统，具有以下优势：提高电离层探测系统的实时性，缩短探测工作周期，以便能在电离层不稳定状态更准确获得最佳使用频率；提高电离层探测带宽，用以提高电离层探测系统的距离分辨率，获取电离层更精细结构，更真实反映电离层结构状态。

技术领域

本发明涉及电离层探测领域，尤其涉及一种基于多载波信号形式的电离层探测方法及系统。

背景技术

电离层作为无线电波传播介质，存在日、季节和年份的随机变化。电离层的结构在不同空间尺度和时间尺度上会发生很大的变化，这将在很大程度上影响其作为无线电传播媒质的属性。对于给定频率和极化特性的电磁波来说，信道空间媒质的电磁特性、几何结构和时间变化是该电磁波的传播环境与边界条件，这决定了电磁波的传播机制和传播模式及其变化特性。在特定时间和场合实现对电离层快速实时的多信道探测是很有必要的。

电离层探测手段主要有底层探测，太空飞行器顶测和地空之间的各种穿测，其中底层探测主要有垂直探测、斜向探测、返回散射探测。从探测信号的信号波形看可分为连续波和脉冲波两种。脉冲波又分为单脉冲波和压缩脉冲波。压缩脉冲波包含Chirp脉冲，相位编码脉冲和串脉冲等种类。这也是目前电离层探测常用波形体制。如武汉大学WIOBSS斜向返回探测雷达、美国麻萨诸塞州罗尔大学大气中心Digisonde系列电离层数字测高仪、英国DERA研制的IRIS电离层斜向探测系统和DAMSON电离层斜向探测系统、国际著名的SuperDARN和美国、俄国、法国和中国的超视距雷达中的电离层探测系统。

现有的电离层探测系统或装置普遍采用单载波的串行方式进行扫频或定频探测，即在某一时刻只对一个频率信道进行探测，完成后再改变探测信号和接收机的频率，开始下一个频率信道的探测。为了对抗电离层信道的衰落，或者获取电离层信道的多普勒信息，还需在一个频率上重复探测多次，完成一次扫频探测需要几分钟，甚至更长的时间。如果要获得不同带宽信道的探测，还要更换探测信号的带宽参数，再重新进行探测。

现有装置的探测方法明显的不足之处是完成一次周期探测需要花费的时间较长，并且一个周期仅能对一种带宽信道实施探测，不适合需要实时快速实现多信道多段频段探测的应用环境。具体的说，完成一次全频段探测的工作周期长，不完全满足全时段实时电离层探测的需求，当电离层处于不稳定状态时无法及时获取电离层测量参数；此外，一个探测周期仅能对一种带宽短波信道进行探测，为获取不同带宽短波信道的探测，需分时多周期探测，需要更多的时间。为了尽可能缩短探测周期，通常采取减少每个探测频率的驻留脉冲个数或缩短脉冲重复周期，然而这样的做法在应用中经常受到一定条件的限制，会对探测距离、探测数据的稳健性产生影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种能够加快实时探测速度，具备同时多带宽探测能力的基于多载波信号形式的电离层探测方法及系统。

本发明采用如下技术方案：

一种基于多载波信号形式的电离层探测方法，其改进之处在于，包括如下步骤：

(1)在发射端通过构造线性调频多载波信号的基带数据，利用正交上变频技术产生连续扫频的高频模拟射频信号，经功率放大通过天线辐射到空间传播；

(2)在接收端通过宽带接收机、高速采样、数字下变频、抽取滤波产生零中频基带数据，对各子带匹配滤波，获取各子带回波数据，或者对各子带联合带宽进行匹配滤波，获取联合带宽下的回波数据。

进一步的，发射端和接收端通过授时同步装置实现时间同步。