一种基于电离层测高仪的扰动观测方法技术

本发明专利技术提出了一种基于电离层测高仪的扰动观测方法，涉及电离层扰动观测领域。一种基于电离层测高仪的扰动观测方法，包括如下步骤：端口初始化：监控系统时间并判断时间是否到达指定时长；生成数据文件：通过端口写入控制到DDS板和RCVR板，开始扫频；系统启动：启动DDS板产生频率信号、相位编码和双相调制，运行脉冲集，启动MCU、发射编码脉冲；定时采集：一定时间后，停止发射编码脉冲，采集140或170组回波信号，判断脉冲集是否运行完，当运行未完成时进入下一步骤，否则重新进行所述系统启动步骤。能够实现实时获取高精度多普勒频高图，便于对电离层扰动进行观测和分析。于对电离层扰动进行观测和分析。于对电离层扰动进行观测和分析。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电离层测高仪的扰动观测方法


[0001]本专利技术涉及电离层扰动观测领域，具体而言，涉及一种基于电离层测高仪的扰动观测方法。

技术介绍

[0002]电离层垂直探测技术是观测研究电离层扰动的一种重要手段，早期主要根据频高图描迹和虚高、临界频率等变化来观测分析电离层扰动情况，数字测高仪的发展使采用信号多普勒频移测量分析电离层扰动成为可能。
[0003]电离层高频反射回波的多普勒频移观测是研究电离层扰动的一个重要方法，它可以用来探测电离层反射面的运动速度等参量，以进一步研究电离层的运动和变化。常规的数字测高仪一般有三种工作模式：频高图模式，定频观测模式和漂移观测模式。在频高图模式中，通过发射多个测量脉冲进行FFT分析，也可获得回波信号的多普勒频移，但由于受发射脉冲积累时间的限制，这时所获得的多普勒频移精度一般都较低(0.5Hz以上)，不能满足电离层扰动观测的需要(至少要0.1Hz以下)。在常规的数字测高仪扰动观测中，高精度的多普勒频移一般在漂移观测模式中获得，它是通过对几个工作频率积分较长的时间得到较高精度的多普勒频移。例如，DGS
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256数字测高仪的漂移探测仅在2
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4个频点上进行，并且只能得到2
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4个相应高度上的电离层扰动信息。在此之前，作者所在的研究组曾试验在DGS
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256数字测高仪常规的频高图工作模式下，利用该模式记录的16个多普勒通道的原始数据，通过IFFT方法将频域信号还原为时域信号，测量信号相位随时间的变化，得到了高精度多普勒频高图。由于受原有系统设计功能上的限制，高精度的多普勒频高图只能在事后脱机分析得到。
[0004]鉴于上述情况和我们开展电离层扰动观测研究的需要，目前需要研制一种电离层扰动观测模式，实现实时获取高精度多普勒频高图，进行电离层扰动观测和分析的作用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于电离层测高仪的扰动观测方法，其能够实现实时获取高精度多普勒频高图，便于对电离层扰动进行观测和分析。
[0006]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0007]本申请实施例提供一种基于电离层测高仪的扰动观测方法，包括如下步骤：端口初始化：监控系统时间并判断时间是否到达指定时长；生成数据文件：通过端口写入控制到DDS板和RCVR板，开始扫频；系统启动：启动DDS板产生频率信号、相位编码和双相调制，运行脉冲集，启动MCU、发射编码脉冲；定时采集：一定时间后，停止发射编码脉冲，采集140或170组回波信号，判断脉冲集是否运行完，当运行未完成时进入下一步骤，否则重新进行所述系统启动步骤；数据处理：数据的实时快读分析、处理和计算，获取数字频高数据和多普勒频高图数据，数据实时显示及存储，判断频率是否扫描完，释放内存关闭文件。其中，步骤定时采集中停止发射编码脉冲的时间可以为600us。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，上述数据处理包括如下步骤：系统通过DDS板产生高频载波，由微处理器产生13位Barker码。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，上述数据处理包括如下步骤：通过双相调制产生高频调制脉冲信号，所述高频调制脉冲信号由功率放大器放大，通过发射天线辐射出去。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，上述数据处理包括如下步骤：所述高频编码调制脉冲信号到达电离层，通过所述电离层反射返回地面，由两个垂直接收天线接收。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，上述数据处理包括如下步骤：通过控制接收机采集所述回波信号并存储到计算机的内存缓冲区中，然后对所述内存缓冲区中的原始数据进行一系列快读分析、处理和计算。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，上述数据处理包括如下步骤：获取所述数字频高图数据和所述多普勒频高图数据并以二进制文件的形式保存，通过计算机屏幕实时显示所述数字频高图数据和所述多普勒频高图数据。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，上述回波信号通过前置宽带放大器放大后与本地振荡信号混频，下变频到781.25kHz的中频信号，再经过窄带(35kHz)中频放大器放大。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，经过混频、变频后的所述回波信号分两路分别与本地的中频同相分量和中频正交分量混频(解调)后产生两路正交的基带信号，将两路所述基带信号分别送往接收机中的两个微处理器。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，上述微处理器利用所包含的A/D转换器对所述基带信号进行采样和量化，采集的信号随后被移入相关器与13位的Barker码进行交叉相关运算，当信号全部移入相关器与13位Barker码完全匹配时，相关器通过所述基带信号产生最大的信号输出电平，所述基带信号由PC机的ISA总线读入到PC机的内存。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，上述数据处理包括如下步骤：系统软件接收到上述PC机的内存数据后，以扫描频率为单位进行一系列实时处理，其中包括噪声平均功率计算、动态门限获取、数据的频域分析FFT、按门限大小确定回波位置、O波和X波的分离、单一窄带回波信号的相位计算、相位解模糊度运算以及最小二乘线性回归求取高频回波信号的多普勒频移。
[0017]相对于现有技术，本专利技术的实施例至少具有如下优点或有益效果：
[0018]本申请实施例提供一种基于电离层测高仪的扰动观测方法，其特征在于，包括如下步骤：端口初始化：监控系统时间并判断时间是否到达指定时长；生成数据文件：通过端口写入控制到DDS板和RCVR板，开始扫频；系统启动：启动DDS板产生频率信号、相位编码和双相调制，运行脉冲集，启动MCU、发射编码脉冲；定时采集：600us后，停止发射编码脉冲，采集140或170组回波信号，判断脉冲集是否运行完，当运行未完成时进入下一步骤，否则重新进行所述系统启动步骤；数据处理：数据的实时快读分析、处理和计算，获取数字频高数据和多普勒频高图数据，数据实时显示及存储，判断频率是否扫描完，释放内存关闭文件。
[0019]本申请实施例的有益效果为：
[0020]1.基于CADI电离层测高仪实现一种电离层扰动观测模式，实用性高；
[0021]2.利用电离层垂直探测中的组合脉冲控制和回波相位测量分析方法，开发并实现了一种新的电离层扰动观测模式，实时获取高精度多普勒频高图，实现了电离层高频反射回波的多普勒频移观测，便于获得电离层扰动速度的时空变化曲线，满足了电离层扰动观
测的需求；
[0022]3.利用CADI软硬件平台和新开发的扰动观测模式在观测站进行安装、调试和试运行，从而提高观测结果的准确性，验证了新模式的稳定性和可靠性。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0024]图1为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电离层测高仪的扰动观测方法，其特征在于，包括如下步骤：端口初始化：监控系统时间并判断时间是否到达指定时长；生成数据文件：通过端口写入控制到DDS板和RCVR板，开始扫频；系统启动：启动DDS板产生频率信号、相位编码和双相调制，运行脉冲集，启动MCU、发射编码脉冲；定时采集：一定时间后，停止发射编码脉冲，采集140或170组回波信号，判断脉冲集是否运行完，当运行未完成时进入下一步骤，否则重新进行所述系统启动步骤；数据处理：数据的实时快读分析、处理和计算，获取数字频高数据和多普勒频高图数据，数据实时显示及存储，判断频率是否扫描完，释放内存关闭文件。2.如权利要求1所述的一种基于电离层测高仪的扰动观测方法，其特征在于，所述数据处理包括如下步骤：系统通过DDS板产生高频载波，由微处理器产生13位Barker码。3.如权利要求2所述的一种基于电离层测高仪的扰动观测方法，其特征在于，所述数据处理包括如下步骤：通过双相调制产生高频调制脉冲信号，所述高频调制脉冲信号由功率放大器放大，通过发射天线辐射出去。4.如权利要求3所述的一种基于电离层测高仪的扰动观测方法，其特征在于，所述数据处理包括如下步骤：所述高频编码调制脉冲信号到达电离层，通过所述电离层反射返回地面，由两个垂直接收天线接收。5.如权利要求1所述的一种基于电离层测高仪的扰动观测方法，其特征在于，所述数据处理包括如下步骤：通过控制接收机采集所述回波信号并存储到计算机的内存缓冲区中，然后对所述内存缓冲区中的原始数据进行一系列快读分析、处理和计算。6.如权利要求5所述的一种基于电离层测高仪的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱正平，蓝加平，
申请(专利权)人：中南民族大学，
类型：发明
国别省市：