[发明专利]基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法及设备

说明书

本发明提供了一种基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法及设备。所述方法包括：步骤1至步骤4。本发明通过在Es层并采用测高仪得到Es层高度的情况下，仅需要架设单副天线的发射站和接收站即可对F层天波俯仰角进行估计，方法简单精度高，仿真实验的俯仰角误差在1度以内。

技术领域

本发明实施例涉及电离层天波俯仰角技术领域，尤其涉及一种基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法及设备。

背景技术

电离层是指离地面60km左右到1000km左右部分电离的高层大气区域，根据电子密度可以划分为4个不同的区域，分別为D层、E层、F1层和F2层(统称为F层)。F2层离地面约200km以上，是反射无线电信号的主要区域。在E层有时存在非常薄(数公里)的强电离层E层。同时又称为“突发E层”(sporadic E，即Es层)。Es是电离层E层高度上的不均匀体，它的形状有时成为一个板块，完全掩遮了上面的F层，有时又是一块一块的，像“絮片”一样。Es“薄片”的范围可达几十千米或几百千米，且以大约500m/s的速度漂移。由于Es层厚度非常薄，一般认为通过测高仪探测得到的Es层回波虚高h'Es和Es层的真实高度相近。目前天波俯仰角估计方法大多采用阵列天线进行波束合成进行估计，主要存在的缺陷是需要使用大阵列天线接收天波信号。因此，开发一种基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法及设备，可以有效克服上述相关技术中的缺陷，就成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法及设备。

第一方面，本发明的实施例提供了一种基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法，包括：步骤1：采用单副天线的发射站和接收站进行斜向返回探测实验得到回波图，采用垂测仪探测得到发射站附近或者回波中继点附近Es层的高度，对于一频点，基于回波图中Es层的回波计算出一频点斜返回波俯仰角的最小值和最大值；步骤2：通过判读回波图得到一频点F层回波群路径的最小值和最大值，通过一频点的俯仰角最大值和F层群路径最小值得到一频点F层回波虚高的最大值，通过一频点的俯仰角最小值和F层群路径最大值得到一频点F层回波虚高的最小值，进而得到一频点F层群路径和虚高的关系式；步骤3：对一频点F层的一回波，根据步骤2中F层群路径和虚高的关系式得到一回波的虚高，采用余弦公式得到一回波的俯仰角；步骤4：对其余频点使用相同的方法构建F层群路径和虚高的关系式，实现各个频点F层的回波俯仰角估计。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法，步骤1中的基于回波图中Es层的回波计算出一频点斜返回波俯仰角的最小值和最大值，包括：

其中，θ_{i min}表示频点fi对应的回波俯仰角最小值，θ_{i max}表示频点fi回波俯仰角最大值，P_{iEs max}表示频点fi的Es层回波群路径最大值，P_{iEs min}表示频点fi的Es层回波群路径最小值，R表示地球半径，h_Es表示Es层高度。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法，步骤2中的通过一频点的俯仰角最大值和F层群路径最小值得到一频点F层回波虚高的最大值，通过一频点的俯仰角最小值和F层群路径最大值得到一频点F层回波虚高的最小值，包括：

hv_{i F max}＝sin(θ_{i max})·P_{i F min}/2

hv_{i F min}＝sin(θ_{i min})·P_{i F max}/2