電離層數(shù)字測高儀的研制.pdf

1、電離層測高儀作為地面垂直觀測電離層的主要設(shè)備，一直為電離層的觀察，研究提供重要的測量數(shù)據(jù)?，F(xiàn)代商業(yè)化的高性能電離層測高儀均由國外生產(chǎn)，價格昂貴，無自主知識產(chǎn)權(quán)，且不能改造使其適應(yīng)新的觀測模式。 通過對電離層反射電磁波的物理原理和電離層測高儀工作原理的分析與研究，設(shè)計了一套完整的數(shù)字電離層垂直測高儀系統(tǒng)。整套測高儀系統(tǒng)由天線系統(tǒng)，高頻功率放大器，信號處理系統(tǒng)，回波數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)（軟件系統(tǒng)，硬件平臺為通用工控機）四部分組成。重點分析了

2、最重要的信號處理系統(tǒng)和回波數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的工作原理，給出了詳細的電路拓撲和元器件選型，提供了數(shù)據(jù)的分析方法和軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)。 對于發(fā)射到電離層的高頻脈沖信號，用到了脈沖雷達技術(shù)中的時間壓縮技術(shù)，解決了信號能量和高度分辨的矛盾。脈沖壓縮碼除了使用已有的滿足自相關(guān)尖銳的13位巴克碼，還創(chuàng)新地從m偽隨機序列中搜尋到40位二元類巴克編碼，其性能優(yōu)于巴克碼。 為了給測高儀提供多路高精度，可調(diào)頻，調(diào)相的信號源。使用高速可編程數(shù)字邏輯電路F

3、PGA驅(qū)動DDS器件來提供發(fā)射高頻和本振高頻信號。并利用數(shù)字分頻電路來提供兩路正交的中頻信號。保證了信號源的精確調(diào)頻，調(diào)相。多路信號源使用同一個65MHz晶振輸出的頻率基準，保證了多路信號的同源。 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，通過正交相位解調(diào)后測量編碼信號的回波，得到信號的強度和相位。 對回波信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，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，在滿足系統(tǒng)測量實時性要求的前提下，通過提高數(shù)據(jù)的采集和處理速度，來提高有效信號的信噪比和測量的精度。 利用USB2.0接口的高速傳輸模式實現(xiàn)回波測量數(shù)據(jù)從信號處理系統(tǒng)到微型計算機的實時傳輸。并在通用微機上使用MATLAB程序?qū)y量數(shù)據(jù)進行了計算、分析。對回波信號進行了時域濾波，電源噪聲濾除，低頻基線濾除。利用FFT算法對100Hz重復(fù)發(fā)射的信號進行疊加分析，提高了有效