一种高性能电离层测高仪的天线设计与数控系统研制
发布时间：2021-06-17 13:45
电离层是中性原子和空气分子受太阳辐射发生部分电离的大气区域,位于地表60km以上。当电磁波经过电离层时会发生反射、折射等现象,导致任何依赖电磁波收发信号的系统都会受到电离层的影响,因此实现电离层的探测无论是在科学研究还是日常生活中都具有重大意义。在电离层探测的多种方法中,垂直探测是目前较为成熟、便利且广泛应用的地面探测手段,电离层测高仪通过发射1-30MHz的高频电磁波获取不同频率对应的回波时延,绘制电离层频高图以此反演电离层特征参数。高度分辨率与探测周期是电离层测高仪的两个重要指标。测高仪常用脉冲压缩技术解决作用距离与距离分辨率的矛盾,提高系统探测精度;在收发时序上,利用最大探测高度所对应的时间延迟作为接收时间,系统接收时间过长,难以实现电离层的快速探测。为实现电离层的高精度实时探测,本文提出了一种快速精确的电离层探测系统方案,此方案应用于张衡一号卫星的地面同步监测系统中,为张衡一号卫星提供相关科学数据,详细给出了测高仪天线单元和数控系统的具体设计:天线单元采用两副Delta天线作为测高仪收发天线,利用一发双收机制分时发射相互正交的极化波获取回波信号的极化信息;数控系统作为测高仪的核...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电离层分层结构示意图
第1章引言3卫星信号，极大提高了中国地区利用卫星信标观测研究电离层的能力[9]。图1.2为中国GNSS电离层观测网台站分布图。图1.2中国GNSS电离层观测网台站分布图Figure1.2StationsofChinaGNSSIonosphericObservationNetworkGPS-LEO掩星探测：GPS-LEO掩星探测是一种垂直分辨率高、稳定性好、探测不受天气影响、可全球覆盖的大气电离层探测方法。图1.3为GPS-LEO天基观测平台示意图，LEO卫星上加装GPS信号接收机，当LEO卫星相对于GPS卫星从地球临边升起或降落时，LEO会接收GPS卫星的发射信号，通过对接收信号反演可获取电离层的电子密度等大气参数[10]。图1.3GPS-LEO天基观测平台示意图Figure1.3GPS-LEOspace-basedobservationplatform电离层垂直探测：电离层垂直探测仪又称为电离层测高仪，作为地面探测电离层较为成熟、广泛应用的仪器，电离层测高仪收发系统置于同一位置，发射机垂直向上发射高频电磁波，当发射频率等于电离层的等离子频率时电磁波反射，在同一地点通过测量回波到达接收机的时间获取频率与高程的对应关系，即电离
第1章引言3卫星信号，极大提高了中国地区利用卫星信标观测研究电离层的能力[9]。图1.2为中国GNSS电离层观测网台站分布图。图1.2中国GNSS电离层观测网台站分布图Figure1.2StationsofChinaGNSSIonosphericObservationNetworkGPS-LEO掩星探测：GPS-LEO掩星探测是一种垂直分辨率高、稳定性好、探测不受天气影响、可全球覆盖的大气电离层探测方法。图1.3为GPS-LEO天基观测平台示意图，LEO卫星上加装GPS信号接收机，当LEO卫星相对于GPS卫星从地球临边升起或降落时，LEO会接收GPS卫星的发射信号，通过对接收信号反演可获取电离层的电子密度等大气参数[10]。图1.3GPS-LEO天基观测平台示意图Figure1.3GPS-LEOspace-basedobservationplatform电离层垂直探测：电离层垂直探测仪又称为电离层测高仪，作为地面探测电离层较为成熟、广泛应用的仪器，电离层测高仪收发系统置于同一位置，发射机垂直向上发射高频电磁波，当发射频率等于电离层的等离子频率时电磁波反射，在同一地点通过测量回波到达接收机的时间获取频率与高程的对应关系，即电离
【参考文献】：
期刊论文
[1]敏捷数字电离层测高仪系统研制及初步观测[J]. 蓝加平,宁百齐,朱正平,胡连欢,孙文杰,李国主. 空间科学学报. 2019(02)
[2]电磁监测试验卫星(张衡一号)系统设计与关键技术[J]. 袁仕耿,朱兴鸿,黄建平. 遥感学报. 2018(S1)
[3]俄罗斯重启Ionosond-2025电离层探测项目[J]. 范唯唯. 空间科学学报. 2018(04)
[4]地震前的电磁异常综述[J]. 蔡润,武震,谭大诚,云欢,郭鹏. 华南地震. 2018(01)
[5]电离层探测模型[J]. 纽莉荣,李景春,李辉宇. 中国无线电. 2016(08)
[6]基于Verilog的FIR数字滤波器设计与仿真[J]. 何蕴良,耿淑琴,汪金辉. 现代电子技术. 2016(10)
[7]BDS/GPS/GLONASS组合的双频单历元相对定位性能对比分析[J]. 汪亮,李子申,袁洪,周凯. 科学通报. 2015(09)
[8]锦州台电离层斜向探测系统运行概况及故障排除[J]. 纪延辉,王亮,吕强,李京锦,关晓明,李哲. 防灾减灾学报. 2014(04)
[9]CAS-DIS数字电离层测高仪系统研制[J]. 王顺,陈紫微,张锋,宫兆前,方广有. 空间科学学报. 2014(06)
[10]电离层测高仪回波中窄带干扰消除算法与分析[J]. 陈锟,朱正平,宁百齐,蓝加平,孙奉娄. 电波科学学报. 2013(02)
博士论文
[1]基于有源定标器的海洋二号高度计系统延迟在轨绝对定标研究[D]. 万珺之.中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心) 2015
[2]多模GNSS实时电离层精化建模及其应用研究[D]. 张瑞.武汉大学 2013
[3]电离层斜向和斜向返回探测系统关键技术研究[D]. 石书祝.武汉大学 2009
[4]电离层频高图自动度量与分析的方法研究[D]. 丁宗华.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2006
硕士论文
[1]基于FPGA的一种数字下变频器设计[D]. 王澍.山东大学 2019
[2]电离层频高图转换方法及应用研究[D]. 黄光亮.武汉大学 2017
[3]宽载波频率大带宽超短波射频电路关键技术研究与验证[D]. 马文建.电子科技大学 2017
[4]数字下变频技术及其FPGA实现[D]. 刘伟.西安电子科技大学 2017
[5]基于DDS技术的信号发生器设计与实现[D]. 汤兵兵.南昌大学 2015
[6]数字变频器的设计[D]. 王明星.西安电子科技大学 2013
[7]基于PIN二极管的大功率、超宽带、高隔离度微波多掷开关研究[D]. 陈虹吉.电子科技大学 2012
[8]基于FPGA的FIR数字滤波器实现[D]. 刘福泉.北京邮电大学 2012
[9]中低纬地区电离层数据同化研究[D]. 王勇.中南民族大学 2011
[10]软件无线电在电离层测高仪中的应用研究[D]. 林晨.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2004
本文编号：3235309
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)北京市
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电离层分层结构示意图
第1章引言3卫星信号，极大提高了中国地区利用卫星信标观测研究电离层的能力[9]。图1.2为中国GNSS电离层观测网台站分布图。图1.2中国GNSS电离层观测网台站分布图Figure1.2StationsofChinaGNSSIonosphericObservationNetworkGPS-LEO掩星探测：GPS-LEO掩星探测是一种垂直分辨率高、稳定性好、探测不受天气影响、可全球覆盖的大气电离层探测方法。图1.3为GPS-LEO天基观测平台示意图，LEO卫星上加装GPS信号接收机，当LEO卫星相对于GPS卫星从地球临边升起或降落时，LEO会接收GPS卫星的发射信号，通过对接收信号反演可获取电离层的电子密度等大气参数[10]。图1.3GPS-LEO天基观测平台示意图Figure1.3GPS-LEOspace-basedobservationplatform电离层垂直探测：电离层垂直探测仪又称为电离层测高仪，作为地面探测电离层较为成熟、广泛应用的仪器，电离层测高仪收发系统置于同一位置，发射机垂直向上发射高频电磁波，当发射频率等于电离层的等离子频率时电磁波反射，在同一地点通过测量回波到达接收机的时间获取频率与高程的对应关系，即电离
第1章引言3卫星信号，极大提高了中国地区利用卫星信标观测研究电离层的能力[9]。图1.2为中国GNSS电离层观测网台站分布图。图1.2中国GNSS电离层观测网台站分布图Figure1.2StationsofChinaGNSSIonosphericObservationNetworkGPS-LEO掩星探测：GPS-LEO掩星探测是一种垂直分辨率高、稳定性好、探测不受天气影响、可全球覆盖的大气电离层探测方法。图1.3为GPS-LEO天基观测平台示意图，LEO卫星上加装GPS信号接收机，当LEO卫星相对于GPS卫星从地球临边升起或降落时，LEO会接收GPS卫星的发射信号，通过对接收信号反演可获取电离层的电子密度等大气参数[10]。图1.3GPS-LEO天基观测平台示意图Figure1.3GPS-LEOspace-basedobservationplatform电离层垂直探测：电离层垂直探测仪又称为电离层测高仪，作为地面探测电离层较为成熟、广泛应用的仪器，电离层测高仪收发系统置于同一位置，发射机垂直向上发射高频电磁波，当发射频率等于电离层的等离子频率时电磁波反射，在同一地点通过测量回波到达接收机的时间获取频率与高程的对应关系，即电离
【参考文献】：
期刊论文
[1]敏捷数字电离层测高仪系统研制及初步观测[J]. 蓝加平,宁百齐,朱正平,胡连欢,孙文杰,李国主. 空间科学学报. 2019(02)
[2]电磁监测试验卫星(张衡一号)系统设计与关键技术[J]. 袁仕耿,朱兴鸿,黄建平. 遥感学报. 2018(S1)
[3]俄罗斯重启Ionosond-2025电离层探测项目[J]. 范唯唯. 空间科学学报. 2018(04)
[4]地震前的电磁异常综述[J]. 蔡润,武震,谭大诚,云欢,郭鹏. 华南地震. 2018(01)
[5]电离层探测模型[J]. 纽莉荣,李景春,李辉宇. 中国无线电. 2016(08)
[6]基于Verilog的FIR数字滤波器设计与仿真[J]. 何蕴良,耿淑琴,汪金辉. 现代电子技术. 2016(10)
[7]BDS/GPS/GLONASS组合的双频单历元相对定位性能对比分析[J]. 汪亮,李子申,袁洪,周凯. 科学通报. 2015(09)
[8]锦州台电离层斜向探测系统运行概况及故障排除[J]. 纪延辉,王亮,吕强,李京锦,关晓明,李哲. 防灾减灾学报. 2014(04)
[9]CAS-DIS数字电离层测高仪系统研制[J]. 王顺,陈紫微,张锋,宫兆前,方广有. 空间科学学报. 2014(06)
[10]电离层测高仪回波中窄带干扰消除算法与分析[J]. 陈锟,朱正平,宁百齐,蓝加平,孙奉娄. 电波科学学报. 2013(02)
博士论文
[1]基于有源定标器的海洋二号高度计系统延迟在轨绝对定标研究[D]. 万珺之.中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心) 2015
[2]多模GNSS实时电离层精化建模及其应用研究[D]. 张瑞.武汉大学 2013
[3]电离层斜向和斜向返回探测系统关键技术研究[D]. 石书祝.武汉大学 2009
[4]电离层频高图自动度量与分析的方法研究[D]. 丁宗华.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2006
硕士论文
[1]基于FPGA的一种数字下变频器设计[D]. 王澍.山东大学 2019
[2]电离层频高图转换方法及应用研究[D]. 黄光亮.武汉大学 2017
[3]宽载波频率大带宽超短波射频电路关键技术研究与验证[D]. 马文建.电子科技大学 2017
[4]数字下变频技术及其FPGA实现[D]. 刘伟.西安电子科技大学 2017
[5]基于DDS技术的信号发生器设计与实现[D]. 汤兵兵.南昌大学 2015
[6]数字变频器的设计[D]. 王明星.西安电子科技大学 2013
[7]基于PIN二极管的大功率、超宽带、高隔离度微波多掷开关研究[D]. 陈虹吉.电子科技大学 2012
[8]基于FPGA的FIR数字滤波器实现[D]. 刘福泉.北京邮电大学 2012
[9]中低纬地区电离层数据同化研究[D]. 王勇.中南民族大学 2011
[10]软件无线电在电离层测高仪中的应用研究[D]. 林晨.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2004
本文编号：3235309
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