三频信标信号的电离层扰动效应多相位屏仿真的研究.pdfVIP

电波科学学报 V01．26 第26卷增刊 Sup． 2011年10月 CHINESEJOURNALOFRADIOSCIENCE october．2011 三频信标信号的电离层扰动效应 多相位屏仿真研究 张红波1，2 张风国2 欧 明2 甄卫民2 (1．武汉大学电子信息学院，湖北武汉430079；2．中国电波传播研究所．山东青岛266107) 摘要为了支撑三频信标测量系统研制与观测结果分析，研究能够模拟宁静电离 层和扰动电离层环境效应的信号仿真系统作为研发支撑环境。采用考虑星站位置变 化的三维多相位屏数学模型，数值模拟三频信标信号在电离层扰动环境中的传播过 程，最后得到观测屏上的三频信标信号的幅度和相位扰动的时间序列，并将其调制到 三频信标中频信号上，作为三频信标软件接收机输入，以分析验证三频信标接收机信 号处理算法及数据处理算法。此外，信号仿真系统经功能扩展可用于三频信标实际 观测结果的辅助分析以及电离层扰动环境对各种频段信号影响效应的仿真分析工 作。 关键词 三频信标；电离层扰动；多相位屏；仿真 中图分类号P352 在三频信标测量系统研制过程中，为了保证系 1．引 言 统达到期望的业务运行功能和性能，系统在从方案 地震是危害性极强的自然灾害之一，近年来进 论证、设备研制到观测数据处理的全过程均要对其 行的大量观测数据显示，大多数大地震发生前，震中 各项功能和性能等进行分析与验证。为此，三频信 及其邻近区域均出现大量与电离层有关的异常现 标测量系统研制需要能够模拟宁静电离层和扰动电 象，通过监测电离层环境的异常变化作为突破地震 离层环境的信号仿真系统作为研发支撑环境，此外， 预报这一人类难题提供了可能。 信号仿真系统经功能扩展可用于三频信标实际观测 三频信标测量系统将三频信标发射机装载在低 结果的辅助分析以及电离层扰动环境对各种频段信 地球轨道卫星(LEO)上，向位于地面的接收机发射号影响效应的仿真分析工作。 一组相位相干的无线电信号(VHF、UHF和L频 2．三频信标信号链路闭环仿真技术 段)，实现对电离层和中低层大气的水平扫描，从而 获得大范围和高精度的电离层电子总含量、电子密 三频信标信号链路仿真是以信标发射机、空间 度剖面等参数信息的一种高效的空间环境测量技 环境、信标接收机的数值化仿真模型为基础，构筑一 术n]。三频信标系统利用星载信标能够对电离层进 个特定的三频信标系统运行的虚拟物理场景，通过 行大范围、高时间分辨率、高水平分辨率的层析成 仿真对三频信标接收机与数据处理算法的性能进行 像，实现对F2层以上电离层的状态以及对小尺度 全面、综合的分析、评估与验证。 的电离层不均匀体结构进行测量，可有效满足震前 三频信标信号的电离层扰动效应多相位屏仿真 电离层异常监测的时间分辨率和空间分辨率的要 原理为：基于信号多普勒效应、电离层效应、对流层 求；另外。三频信标测量可以与掩星测量结合使用， 效应等模型，构建卫星信标发射信号仿真分系统；基 形成优势互补，获取大范围、高分辨率、三维电离层 于三频信标信号捕获、跟踪与测量等数值模型，构建 环境信息。经进一步处理，可获得更加丰富和准确的 地