[发明专利]一种基于星载电磁矢量传感器装置的电离层测量方法

权利要求书

1.基于星载电磁矢量传感器装置的电离层测量方法，其特征在于，所述星载电磁矢量传感器装置应用于电离层测量系统中的处理器，所述系统包括：卫星、发射器以及与卫星通信连接的处理器，卫星上携带有电磁矢量传感器，电磁矢量传感器，用于接收发射器发射的电磁波信号，且电磁矢量传感器包括：三根正交设置的电偶极子以及三个正交设置的磁环；所述电偶极子的中点与所述磁环的圆心重合，所述电偶极子穿过所述磁环之间的交点；所述发射器包括机载广播式自动相关监视系统的信号发射器；

所述电离层测量方法包括以下步骤：

步骤1：在当前时刻，获取利用星载电磁矢量传感器接收的来自于发射器的透射电磁波信号，其中，发射器包括机载广播式自动相关监视系统的信号发射器；

步骤2：基于坡印廷定理，根据电磁矢量传感器接收的N次快拍信号获取电磁波信号的入射信息和入射极化信息，其中，所述入射信息包括所接收电磁波信号的方位角、俯仰角；

步骤3：根据发射器在当前时刻的位置信息以及姿态信息确定出发射器的初始极化面，根据所述初始极化面和入射极化信息计算出电磁波信号对应的法拉第旋转角；

步骤4：根据所述法拉第旋转角以及地磁场强度沿电磁波信号传播方向的平均值，计算出当前时刻时电磁波信号传播路径上的电子浓度。

2.根据权利要求1所述的一种基于星载电磁矢量传感器的电离层测量方法，其特征在于，所述N次快拍信号的获取过程包括：

针对每一根偶极子以及每一个磁环，接收端电磁矢量传感器的三正交偶极子和磁环接收的电场三分量和磁场三分量。获取脉冲的幅值和相位，三个偶极子按时间采样，在采样率为F_s的条件下，就可以采集到电偶极子以及磁环的N次快拍s。

3.根据权利要求1所述的基于星载电磁矢量传感器装置的电离层测量方法，其特征在于，所述根据电磁矢量传感器接收的N次快拍信号获取电磁波信号的入射信息和入射极化信息，包括：

针对每一根偶极子以及每一个磁环，在采样率为F_s的条件下，采集偶极子以及磁环的N次快拍，其中，N为整数；

针对每一时刻，根据所述时刻对应的N次快拍信息的电场数据与磁场数据的叉乘获取所述时刻对应的坡印廷矢量；

利用公式，计算所有时刻对应的坡印廷矢量的平均值，其中，

为第t个时刻的坡印廷矢量的平均值；∑为求和符号；λ为遗忘因子；N为快拍对应的序号；为第N次快拍对应的坡印廷矢量；为第N次快拍对应的电场矢量；为第N次快拍对应的磁场矢量；

利用公式，对每一时刻的坡印廷矢量进行归一化，其中，

为导向矢量估计；表示对取模；

利用公式，计算电磁波信号的方位角估计和俯仰角估计，其中，

θ_e1为电磁波信号的方位角估计；arctg()为反正切函数；为导向矢量估计的第1个元素；为导向矢量估计的第2个元素；θ_e2为电磁波信号的俯仰角估计；

根据电磁波信号的方位角估计和俯仰角估计，利用公式，

计算电磁波信号的极化参数矩阵，其中，

为电磁波信号的极化参数矩阵；Ψ为入射角信息估计矩阵，且Ψ^H为入射角信息估计矩阵的转置共轭矩阵；γ₁为电磁波信号的极化参数矩阵中的电场参数矩阵；γ₂为电磁波信号的极化参数矩阵中的磁场参数矩阵；

根据所述极化参数矩阵，利用公式，计算电磁波信号的入射极化参数，其中，

θ_e3为电磁波信号的第一极化参数估计，电场垂直分量与水平分量强度之比的反正切；θ_e4为电磁波信号的第二极化参数估计，即电场垂直分量和水平分量相位差；arg(*)表示取复数的相位。