電離層數(shù)字測(cè)高儀的研制.pdf

1、電離層測(cè)高儀作為地面垂直觀(guān)測(cè)電離層的主要設(shè)備，一直為電離層的觀(guān)察，研究提供重要的測(cè)量數(shù)據(jù)。現(xiàn)代商業(yè)化的高性能電離層測(cè)高儀均由國(guó)外生產(chǎn)，價(jià)格昂貴，無(wú)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，且不能改造使其適應(yīng)新的觀(guān)測(cè)模式。 通過(guò)對(duì)電離層反射電磁波的物理原理和電離層測(cè)高儀工作原理的分析與研究，設(shè)計(jì)了一套完整的數(shù)字電離層垂直測(cè)高儀系統(tǒng)。整套測(cè)高儀系統(tǒng)由天線(xiàn)系統(tǒng)，高頻功率放大器，信號(hào)處理系統(tǒng)，回波數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)（軟件系統(tǒng)，硬件平臺(tái)為通用工控機(jī)）四部分組成。重點(diǎn)分析了

2、最重要的信號(hào)處理系統(tǒng)和回波數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的工作原理，給出了詳細(xì)的電路拓?fù)浜驮骷x型，提供了數(shù)據(jù)的分析方法和軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。 對(duì)于發(fā)射到電離層的高頻脈沖信號(hào)，用到了脈沖雷達(dá)技術(shù)中的時(shí)間壓縮技術(shù)，解決了信號(hào)能量和高度分辨的矛盾。脈沖壓縮碼除了使用已有的滿(mǎn)足自相關(guān)尖銳的13位巴克碼，還創(chuàng)新地從m偽隨機(jī)序列中搜尋到40位二元類(lèi)巴克編碼，其性能優(yōu)于巴克碼。 為了給測(cè)高儀提供多路高精度，可調(diào)頻，調(diào)相的信號(hào)源。使用高速可編程數(shù)字邏輯電路F

3、PGA驅(qū)動(dòng)DDS器件來(lái)提供發(fā)射高頻和本振高頻信號(hào)。并利用數(shù)字分頻電路來(lái)提供兩路正交的中頻信號(hào)。保證了信號(hào)源的精確調(diào)頻，調(diào)相。多路信號(hào)源使用同一個(gè)65MHz晶振輸出的頻率基準(zhǔn)，保證了多路信號(hào)的同源。 使用性能優(yōu)良的集成模擬器件，利用外差式接收電路，將回波變頻到統(tǒng)一的中頻信號(hào)，通過(guò)正交相位解調(diào)后測(cè)量編碼信號(hào)的回波，得到信號(hào)的強(qiáng)度和相位。 對(duì)回波信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，使用32位高速微控制器(ARM內(nèi)核)和高速可編程數(shù)字邏

4、輯電路(FPGA)，充分利用現(xiàn)代數(shù)字電路高速、高集成度的優(yōu)點(diǎn)，在滿(mǎn)足系統(tǒng)測(cè)量實(shí)時(shí)性要求的前提下，通過(guò)提高數(shù)據(jù)的采集和處理速度，來(lái)提高有效信號(hào)的信噪比和測(cè)量的精度。 利用USB2.0接口的高速傳輸模式實(shí)現(xiàn)回波測(cè)量數(shù)據(jù)從信號(hào)處理系統(tǒng)到微型計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)傳輸。并在通用微機(jī)上使用MATLAB程序?qū)y(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算、分析。對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行了時(shí)域?yàn)V波，電源噪聲濾除，低頻基線(xiàn)濾除。利用FFT算法對(duì)100Hz重復(fù)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行疊加分析，提高了有效