基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法及设备技术

本发明专利技术提供了一种基于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。本发明专利技术通过在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。内。内。

【技术实现步骤摘要】
基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法及设备


[0001]本专利技术实施例涉及电离层天波俯仰角
，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。

技术介绍

[0002]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。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术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。
[0004]第一方面，本专利技术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。
[0005]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术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：
[0006][0007][0008]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。
[0009]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术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：
[0010]hv
i F max
＝sin(θ
i max
)
·
P
i F min
/2
[0011]hv
i F min
＝sin(θ
i min
)
·
P
i F max
/2
[0012]其中，P
i F min
表示频点fi的F层回波群路径的最小值，P
i F max
表示频点fi的F层回波群路径的最大值，hv
i F min
表示频点fi的F层回波虚高的最小值，hv
i F max
表示频点fi的F层回波虚高的最大值。
[0013]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术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中的一频点F层群路径和虚高的关系式，包括：
[0014][0015]其中，P
ij
表示频点fi的F层第j条回波的群路径，hv
ij
表示频点fi的F层第j条回波对应的虚高。
[0016]在上述方法实施例内容的基础上，本专利技术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，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，包括：
[0017][0018]其中，θ
ij
表示频点fi的F层第j条回波的俯仰角。
[0019]第二方面，本专利技术的实施例提供了一种基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计装置，包括：第一主模块，用于实现步骤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；第二主模块，用于实现步骤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；第三主模块，用于实现步骤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；第四主模块，用于实现步骤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。
[0020]第三方面，本专利技术的实施例提供了一种电子设备，包括：
[0021]至少一个处理器；以及
[0022]与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
[0023]存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法。
[0024]第四方面，本专利技术的实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面的各种实现方式中任一种实现方式所提供的基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法。
[0025]本专利技术实施例提供的基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法及设备，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。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单的介绍，显本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法，其特征在于，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：斜返回波俯仰角的最小值和最大值，包括：其中，θ
imin
表示频点fi对应的回波俯仰角最小值，θ
imax
表示频点fi回波俯仰角最大值，P
iEsmax
表示频点fi的Es层回波群路径最大值，P
iEsmin
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。3.根据权利要求2所述的基于Es层的电离层F层天波俯仰角估计方法，其特征在于，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
iFmax
＝sin(θ
imax
)
·
P
iFmin
/2hv
iFmin
＝sin(θ
imin
)
·
P
iFmax
/2其中，P
iFmin
表示频点fi的F层回波群路径的最小值，P
iFma...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜春华，张旭辉，刘志超，刘桐辛，杨国斌，赵正予，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：