电离层探测系统及高频信道特性的仿真研究
发布时间：2021-07-31 17:26
为了研究电离层信道的特性,评估电离层探测系统性能,本文完成了电离层探测系统的仿真建模及后续的数据处理,并对电离层行进式扰动（TID）进行建模,结合射线追踪技术,研究了不同尺度TID情况下电波在电离层中传播的特点,仿真结果可以指导实际电离层探测结果的分析。首先,本文采用伪随机二相编码调制方式,选取Watterson信道模型仿真电离层信道,以超外差接收机和正交解调方式完成回波信号的采集,最后利用武汉大学电离层实验室的雷达数据处理软件对得到的数据进行处理,得到高质量的双时响应图和散射函数图。仿真结果验证了电波在电离层中传播时受到的各项影响,确定了系统性能最佳时各模块的参数,表明该模型能够准确模拟实际电离层探测系统。其次,本文采用国际参考电离层模型(IRI作为背景电离层,利用数值模拟计算出不同尺度TID情况下的电离层电子密度分布,结合射线追踪技术,模拟了发生TID情况下,电波在电离层中的传播轨迹,提取了一个TID周期内,电波传播的相路径,回波信号仰角和电波的多普勒频移等参数及其变化信息,分析了 TID对电波传播的影响。最后在中尺度TID情况下,将射线追踪得到的电离层信道参数（群时延和多普勒频移...
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１电离层垂直结构图??Ｄ区：平均高度约为７０千米，电离度很低
：??高低射线模式：当电波的频率为定值时，改变发射仰角，可能存在不同线会到达同一接收站的情况。其中低角射线的反射虚高较低，当电离层变化时，对低角射线影响不会太大。而高角射线的反射虚高较高，受电变化的影响较大，且传播群距离一般大于低角射线，能量的衰减较低角一些，故接收到的低角射线的信号功率比高角射线要大。??突发Ｅ层模式：突发Ｅ层是一个电离突然增强的区域，分布在电离层Ｅ范围，由于电子密度较大，所以对电波有很好的反射作用（谭辉，２００４）的高度较低，难以预测，因此一般不会造成较大的能量衰减，但电波可ｓ层反射后再被Ｅ层反射，即产生多跳传播。??多层多模模式：由于电离层在垂直方向上分为不同区域，不同发射仰角入电离层后，可能会在穿透低层电离层（如Ｅ层）到达高层后（如Ｆ层）被高层反射到低层，在不同层之间多次反射，从而产生多层传播模式。（示）??２
地面??图２．１典型的垂测示意图??图２．１是典型的电离层垂测示意图，电离层垂测技术最早始于英国的阿普尔登??和美国的布莱特，图夫等人，其原理是将无线电波垂直发射进入电离层，通过对??回波信号的传播时延或多普勒频移等信息的测量，进一步通过计算得到电离层特??性和电离层扰动信息等，具有精度高，测量时间短的特点。然而垂直探测技术的??缺点是难以详细测量电离层Ｄ层的电离程度和Ｆ层峰以上的电离层特点等（杨国??斌，２００９）。??／?＼电离层??／?＼??／?＼??／?＼??发射机ｊ?ｙ?接收机??地面??图２．２典型的斜测示意图??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Matlab/Simulink的电离层探测系统仿真设计[J]. 王宁,杨国斌,刘桐辛,兰婷,周晨,姜春华. 现代电子技术. 2018(06)
[2]积分梳状滤波器（CIC）的分析与设计[J]. 陈路俊,赵军. 信息通信. 2015(01)
[3]电离层行进式扰动对外辐射源天地波雷达系统的影响[J]. 谢锐,万显荣,洪丽娜,唐慧,易建新. 电波科学学报. 2014(06)
[4]电离层行进式扰动对天波超视距雷达坐标配准的影响[J]. 周晨,赵正予,邓峰. 系统工程与电子技术. 2011(10)
[5]Watterson HF信道模型的MATLAB仿真[J]. 张伟,朱强华,刘月亮. 舰船电子工程. 2011(05)
[6]射线追踪在电离层探测中的应用[J]. 郭万振,云广平. 电子科技. 2011(01)
[7]射线追踪变分方程及电离层传播问题应用[J]. 曾中超,王东峰,方广有,阴和俊,李芳. 电波科学学报. 2010(05)
[8]电离层斜向返回探测雷达的发射模块设计[J]. 石书祝,赵正予,李婷,陈罡. 系统工程与电子技术. 2009(09)
[9]FIR数字滤波器设计中各种窗函数的比较[J]. 王帅,陈亮,徐建锋. 科技创新导报. 2009(15)
[10]远距离短波通信最低可用频率的计算[J]. 王睿,张海勇,杨曦. 舰船科学技术. 2008(06)
博士论文
[1]短波单站定位技术研究与应用[D]. 朱鹏.武汉大学 2016
[2]暴时热层大气密度变化与太阳风—磁层耦合参数的关系及建模[D]. 刘若思.武汉大学 2011
[3]电离层综合探测系统总体设计及其关键技术研究[D]. 杨国斌.武汉大学 2009
[4]天波超视距雷达坐标配准与多径数据处理研究[D]. 周晨.武汉大学 2009
[5]中纬电离层突发E层的统计特性及模拟研究[D]. 谭辉.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2004
硕士论文
[1]宽带流星雷达硬件系统的设计与实现[D]. 潘凌云.武汉大学 2017
[2]基于FPGA的FIR数字滤波器设计与实现[D]. 韩少宇.安徽大学 2015
本文编号：3313883
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１电离层垂直结构图??Ｄ区：平均高度约为７０千米，电离度很低
：??高低射线模式：当电波的频率为定值时，改变发射仰角，可能存在不同线会到达同一接收站的情况。其中低角射线的反射虚高较低，当电离层变化时，对低角射线影响不会太大。而高角射线的反射虚高较高，受电变化的影响较大，且传播群距离一般大于低角射线，能量的衰减较低角一些，故接收到的低角射线的信号功率比高角射线要大。??突发Ｅ层模式：突发Ｅ层是一个电离突然增强的区域，分布在电离层Ｅ范围，由于电子密度较大，所以对电波有很好的反射作用（谭辉，２００４）的高度较低，难以预测，因此一般不会造成较大的能量衰减，但电波可ｓ层反射后再被Ｅ层反射，即产生多跳传播。??多层多模模式：由于电离层在垂直方向上分为不同区域，不同发射仰角入电离层后，可能会在穿透低层电离层（如Ｅ层）到达高层后（如Ｆ层）被高层反射到低层，在不同层之间多次反射，从而产生多层传播模式。（示）??２
地面??图２．１典型的垂测示意图??图２．１是典型的电离层垂测示意图，电离层垂测技术最早始于英国的阿普尔登??和美国的布莱特，图夫等人，其原理是将无线电波垂直发射进入电离层，通过对??回波信号的传播时延或多普勒频移等信息的测量，进一步通过计算得到电离层特??性和电离层扰动信息等，具有精度高，测量时间短的特点。然而垂直探测技术的??缺点是难以详细测量电离层Ｄ层的电离程度和Ｆ层峰以上的电离层特点等（杨国??斌，２００９）。??／?＼电离层??／?＼??／?＼??／?＼??发射机ｊ?ｙ?接收机??地面??图２．２典型的斜测示意图??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Matlab/Simulink的电离层探测系统仿真设计[J]. 王宁,杨国斌,刘桐辛,兰婷,周晨,姜春华. 现代电子技术. 2018(06)
[2]积分梳状滤波器（CIC）的分析与设计[J]. 陈路俊,赵军. 信息通信. 2015(01)
[3]电离层行进式扰动对外辐射源天地波雷达系统的影响[J]. 谢锐,万显荣,洪丽娜,唐慧,易建新. 电波科学学报. 2014(06)
[4]电离层行进式扰动对天波超视距雷达坐标配准的影响[J]. 周晨,赵正予,邓峰. 系统工程与电子技术. 2011(10)
[5]Watterson HF信道模型的MATLAB仿真[J]. 张伟,朱强华,刘月亮. 舰船电子工程. 2011(05)
[6]射线追踪在电离层探测中的应用[J]. 郭万振,云广平. 电子科技. 2011(01)
[7]射线追踪变分方程及电离层传播问题应用[J]. 曾中超,王东峰,方广有,阴和俊,李芳. 电波科学学报. 2010(05)
[8]电离层斜向返回探测雷达的发射模块设计[J]. 石书祝,赵正予,李婷,陈罡. 系统工程与电子技术. 2009(09)
[9]FIR数字滤波器设计中各种窗函数的比较[J]. 王帅,陈亮,徐建锋. 科技创新导报. 2009(15)
[10]远距离短波通信最低可用频率的计算[J]. 王睿,张海勇,杨曦. 舰船科学技术. 2008(06)
博士论文
[1]短波单站定位技术研究与应用[D]. 朱鹏.武汉大学 2016
[2]暴时热层大气密度变化与太阳风—磁层耦合参数的关系及建模[D]. 刘若思.武汉大学 2011
[3]电离层综合探测系统总体设计及其关键技术研究[D]. 杨国斌.武汉大学 2009
[4]天波超视距雷达坐标配准与多径数据处理研究[D]. 周晨.武汉大学 2009
[5]中纬电离层突发E层的统计特性及模拟研究[D]. 谭辉.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2004
硕士论文
[1]宽带流星雷达硬件系统的设计与实现[D]. 潘凌云.武汉大学 2017
[2]基于FPGA的FIR数字滤波器设计与实现[D]. 韩少宇.安徽大学 2015
本文编号：3313883
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/dqwllw/3313883.html
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