一種快速電離層探測系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種快速電離層探測系統，包括數字化發射系統和直接數字采樣系統；所述數字化發射系統包括依次連接的計算機、以太網接口、FPGA、高速DA轉換電路、寬帶功率放大器、發射天線和與所述高速DA轉換電路和所述FPGA連接的時鐘同步模塊；所述直接數字采樣系統包括依次連接的接收天線、寬帶低噪聲放大電路、高速AD采樣電路、以太網接口、計算機以及與所述高速AD采樣電路連接的時鐘同步模塊。該系統與傳統的電離層探測儀相比，大大縮短了所需要的探測時間，能夠做到實時或者準實時的電離層探測。除了可以進行本地的垂直探測和斜向返回探測之外，還可以進行電離層異地斜向探測和組網探測。

【技術實現步驟摘要】


本技術涉及軟件無線電技術在電離層探測中的運用領域，具體涉及一種快速電離層探測系統。

技術介紹

軟件無線電的關鍵思想是構造一個開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺。該平臺中的寬帶AD和DA轉換器盡可能靠近天線，以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線系統。其硬件平臺可以隨著器件和技術的發展而更新或擴展。軟件也可以隨需要而不斷升級。由于軟件無線電的這些特點，使得軟件無線電不僅在無線通信中獲得了運用，而且在其它領域比如電子戰、雷達等領域得到了極大的推廣。
電離層探測方法可分為：垂直底測、斜向底測、斜向返回底測、太空飛行器頂測以及地空之間的各種穿測。電離層探測儀的工作頻率一般覆蓋整個高頻段（0.5-30MHz），電離圖記錄接收信號的相對群時延與頻率的關系。傳統的電離層探測儀是通過高頻段的各個離散頻點的慢掃頻來獲取完整的電離圖。因而電離層的探測需要很長的時間，垂直底測的時間一般為5-10分鐘（與探測頻率點的疏密和電離層的最大臨界頻率有關，其它方式的電離層探測所需要的時間更長），而且不能做到實時或者準實時。從而在后續利用電離圖來反演電離層電子密度等參數的工作中帶來誤差。

技術實現思路

本技術提供一種新型的電離層探測系統，該系統結合軟件無線電的技術特點，構建涵蓋整個掃頻頻譜的時域信號，并通過功率放大器和天線發射出去，在接收端通過高速AD采樣，在計算機中用數字信號處理的方法分離還原各個頻點的信息，組合各個頻點的信息，繪制出完整的電離圖，從而達到快速探測電離層的目的。
為實現上述目的，本技術采用的技術方案是：一種快速電離層探測系統，包括數字化發射系統和直接數字采樣系統；所述數字化發射系統包括依次連接的計算機、以太網接口、FPGA、高速DA轉換電路、寬帶功率放大器、發射天線和與所述高速DA轉換電路和所述FPGA連接的時鐘同步模塊；所述直接數字采樣系統包括依次連接的接收天線、寬帶低噪聲放大電路、高速AD采樣電路、以太網接口、計算機以及與所述高速AD采樣電路連接的時鐘同步模塊。
優選的，所述FPGA包含多個NCO、加法器和數字倍頻模塊，所述多個NCO的輸出均連接到所述加法器上。
優選的，所述數字倍頻模塊與所述時鐘同步模塊連接。
更加優選的，所述加法器與所述高速DA轉換電路連接。
數字化發射系統中的FPGA芯片內部包含多個NCO、加法器和數字倍頻模塊，NCO的參數可以由計算機通過網絡接口設置，各個NCO分別輸出設置的頻點，所有NCO的輸出連接到加法器上，由此構建涵蓋各個頻點的時域數字信號。加法器的輸出通過高速DA轉換得到涵蓋整個掃頻頻譜的時域模擬信號，再經過功率放大器和天線輻射出去。
直接數字采樣系統由高速AD采樣電路和數據傳輸網口構成，采集得到的數字信號通過網口傳輸至計算機，通過一系列數字信號處理的方法分離還原得到各個頻點的信息，組合各個頻點的信息，繪制出完整的電離圖。
時鐘同步模塊，分別為數字化發射和直接數字采樣提供高同步的基準時鐘，時鐘同步模塊的作用是可以將電離層探測系統的數字化發射系統和直接數字采樣系統相互分離，使得快速電離層探測系統除了可以進行本地的垂直探測和斜向返回探測之外，還可以進行電離層異地斜向探測和組網探測。
本技術的工作原理：通過軟件無線電的方法構建涵蓋整個掃頻頻譜的時域信號，進而通過數字化發射系統的發射天線輻射出去；在接收端，直接數字采樣系統通過高速采樣，獲取全頻段的信號，計算機通過數字信號處理的方法分離還原得到各個頻點的信息，組合各個頻點的信息，繪制出完整的電離圖，從而達到快速探測電離層的目的。
本技術的有益效果：
本技術基于軟件無線電的思想，在數字域構建涵蓋各個頻點的時域數字信號，通過高速DA電路得到相應的模擬時域信號，再經過功率放大器、天線輻射出去。在接收端進行低噪聲放大、高速AD采樣和網口的高速數據傳輸。在計算機端進行數據的處理和分離。由于構建了建涵蓋各個頻點的時域信號，該系統能夠進行電離層的快速探測。與傳統的電離層探測儀相比，大大縮短了所需要的探測時間，能夠做到實時或者準實時的電離層探測。除了可以進行本地的垂直探測和斜向返回探測之外，還可以進行電離層異地斜向探測和組網探測。
附圖說明
圖1是本技術的數字化發射系統框圖；
圖2是本技術的直接數字采樣系統框圖。
具體實施方式
通過以下詳細說明結合附圖可以進一步理解本技術的特點和優點。所提供的實施例僅是對本技術方法的說明，而不以任何方式限制本技術揭示的其余內容。
實施例
如圖1、圖2所示，本實施例采用如下技術方案，一種快速電離層探測系統，包括數字化發射系統和直接數字采樣系統；所述數字化發射系統包括依次連接的計算機、以太網接口、FPGA、高速DA轉換電路、寬帶功率放大器、發射天線和與所述高速DA轉換電路和所述FPGA連接的時鐘同步模塊；所述直接數字采樣系統包括依次連接的接收天線、寬帶低噪聲放大電路、高速AD采樣電路、以太網接口、計算機以及與所述高速AD采樣電路連接的時鐘同步模塊。
所述FPGA包含多個NCO、加法器和數字倍頻模塊，所述多個NCO的輸出均連接到所述加法器上。
所述數字倍頻模塊與所述時鐘同步模塊連接。
所述加法器與所述高速DA轉換電路連接。
數字化發射系統的框圖如圖1所示，計算機通過以太網接口給底層FPGA芯片發送控制指令；
FPGA芯片內部包含多個NCO、加法器和數字倍頻模塊；
時鐘同步模塊產生的高精度和高穩定度的時鐘信號分別接入數字倍頻模塊和高速DA電路；
數字倍頻模塊倍頻時鐘信號，作為各個NCO的基準時鐘，各個NCO通過設定的控制字可產生相應的頻率；
所有NCO的輸出連接至加法器，由此構建了涵蓋各個頻點的時域數字信號；
加法器的輸出通過高速DA電路即可產生所需的整個掃頻頻譜的時域模擬信號，信號再經過功率放大器、天線輻射出去。
直接數字采樣系統的框圖如圖2所示，天線接收的信號經過寬帶低噪聲放大電路，直接進行高速AD采樣；
時鐘同步模塊為高速AD采樣電路提供高精度、高穩定度的采樣時鐘；
高速AD采樣輸出的數字信號經過以太網絡接口傳輸至計算機；
計算機通過一系列數字信號處理的方法分離還原得到各個頻點的信息，組合各個頻點的信息，繪制出完整的電離圖。
本實施例通過軟件無線電的方法將掃頻探測的各個頻點全部整合到時域信號中，從而實現快速探測電離層的目的。
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【技術保護點】
一種快速電離層探測系統，其特征在于：包括數字化發射系統和直接數字采樣系統；所述數字化發射系統包括依次連接的計算機、以太網接口、FPGA、高速DA轉換電路、寬帶功率放大器、發射天線和與所述高速DA轉換電路和所述FPGA連接的時鐘同步模塊；所述直接數字采樣系統包括依次連接的接收天線、寬帶低噪聲放大電路、高速AD采樣電路、以太網接口、計算機以及與所述高速AD采樣電路連接的時鐘同步模塊。

【技術特征摘要】
1.一種快速電離層探測系統，其特征在于：包括數字化發射系統和直接數字采
樣系統；所述數字化發射系統包括依次連接的計算機、以太網接口、FPGA、高
速DA轉換電路、寬帶功率放大器、發射天線和與所述高速DA轉換電路和所述
FPGA連接的時鐘同步模塊；所述直接數字采樣系統包括依次連接的接收天線、
寬帶低噪聲放大電路、高速AD采樣電路、以太網接口、計算機以及與所述高
速AD采樣電路連接的時...

【專利技術屬性】
技術研發人員：崔嘯，龔晚林，喬磊，潘凌云，陳燕平，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：新型
國別省市：湖北;42