專利名稱：基于雙頻改正法估計電離層總電子含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種估計電離層總電子含量的方法，用于天基雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信等以減少電離層的影響。
背景技術(shù)：
電離層總電子含量TEC是描述電離層的一個重要參量，電離層是地球大氣電離的部分，它是由太陽高能電磁輻射、宇宙射線和沉降粒子作用于地球高層大氣，使大氣分子發(fā)生電離，產(chǎn)生大量的自由電子、離子和中性分子；這些電離的分子無規(guī)則分布在整個大氣中，含有大量的不規(guī)則體結(jié)構(gòu)和隨機(jī)起伏的介質(zhì)；這些電離的分子對穿過電離層的信號有
嚴(yán)重影響。對天基雷達(dá)，電離層是重要的工作環(huán)境，雷達(dá)電波在電離層區(qū)域產(chǎn)生折射或反射等一系列傳播效應(yīng)，嚴(yán)重影響雷達(dá)的性能，電離層對作為天基雷達(dá)載體的航天器，特別是低軌道航天器，又會產(chǎn)生軌道姿態(tài)的離子阻力效應(yīng)、充電效應(yīng)和空間高壓系統(tǒng)的電流泄露效應(yīng)等，危及航天器的安全，影響雷達(dá)的工作性能。電離層中存在各種尺度的電子密度不規(guī)則體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電離層TEC的時空變化和雷達(dá)信號發(fā)生閃爍，電離層不規(guī)則體具有寬廣的尺度譜，其產(chǎn)生機(jī)理與電子密度梯度不穩(wěn)定性、大地電場引起的雙流不穩(wěn)定性及中性大氣重力相關(guān)，并與太陽及地磁活動有一定聯(lián)系。不規(guī)則體可導(dǎo)致信號的極化起伏，它歸因于小尺度不規(guī)則體的閃爍；雷達(dá)系統(tǒng)測距、成像等性能的提高在相當(dāng)大的程度上依賴于所使用頻段范圍內(nèi)電離層的平穩(wěn)性。電離層是介電常數(shù)隨機(jī)起伏的色散介質(zhì)，隨機(jī)起伏的尺度、形狀、空間取向及其分布以及起伏的方差、相關(guān)函數(shù)和功率譜等統(tǒng)計特性，決定了穿過其間的無線電信號的統(tǒng)計特性，使得雷達(dá)信號幅度、相位、到達(dá)角和極化狀態(tài)等發(fā)生閃爍；隨著技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計工作向低頻段發(fā)展，電離層對于較低頻率的電磁波的折射、色散、衰減等效應(yīng)會導(dǎo)致信號的傳播延遲、相位失真、幅度衰落和分辨率降低。國內(nèi)外提出了很多方法來估計電離層總電子含量，以減少電離層對雷達(dá)信號的影響；卡普曼1931年提出的Chapman模型，以及后來的Bent模型、國際參考電離層模型等，都是在一些非常理想條件下得出的，估計TEC的精度不高，計算過程復(fù)雜。Arlen D. Schmidt 在1999年提出雙頻改正法，首先對雷達(dá)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，濾出兩個邊帶信號，由于兩個邊帶信號的載頻不同，延遲就不同，假設(shè)兩個邊帶信號是沿同一路徑到達(dá)雷達(dá)的，即 TEC相同，利用兩個邊帶信號的時延差就可以估計出TEC ；雙頻改正法是一種估計TEC較好的方法，但存在的不足是估計誤差較大、精度不高、有時需要進(jìn)行多次迭代估計而造成運(yùn)算量大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于雙頻改正法估計電離層總電子含量的方法，以提高估計TEC的精度、減少迭代估計的次數(shù)從而降低運(yùn)算量。
權(quán)利要求
1. 一種基于雙頻改正法估計電離層總電子含量的方法，包括如下步驟(A)對雷達(dá)接收到的帶寬為B1的數(shù)據(jù)x(n)進(jìn)行濾波，濾出帶寬都為B的下邊帶信號 X1 (η)和上邊帶信號X2 (η)，其中X1 (η)和χ2 (η)的脈沖寬度均為tp，采樣頻率均為fs，長度均為N，載頻頻率分別Sf工和f2；(B)對濾出的兩個邊帶信號X1(Ii)和X2(Ii)分別進(jìn)行系數(shù)為L的零內(nèi)插，得到內(nèi)插后的信號分別為S1 (η)和s2 (η)，其中S1 (n)、S2 (η)的載頻頻率分別為和f2，采樣頻率均為fLS =L · f s ；(C)將內(nèi)插后的信號si(n)、s2(n)分別進(jìn)行脈沖壓縮，得到脈壓結(jié)果yi(n)和y2(n)，其中Y1 (n)、y2 (η)載頻頻率分別為和f2 ；(D)計算脈Sy1(Ii)與72(11)的時延差Δτ
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，步驟(B)中的零內(nèi)插系數(shù)L，按如下步驟確定 (Bi)利用下式計算出電離層總電子含量的誤差Nt_err0r
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟C所述的將內(nèi)插后的信號S1 (n)、S2(Ii)分別進(jìn)行脈沖壓縮，是按以下公式計算的yi (n) = IFFT [S1 GOH1GO](14)y2 (η) = IFFT [S2 (k) H2 (k)](15)式中，S1G^S2GO分別是零內(nèi)插后信號S1(Ii)和信號S2 (η)的頻譜，H1GO、H2GO分別是零內(nèi)插后信號S1(Ii)和信號S2(Ii)匹配濾波函數(shù)的頻譜，IFFT表示快速傅里葉逆變換， Y1 (n), y2 (η)分別是信號S 和S2 (η)的脈壓結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于雙頻改正法估計電離層總電子含量的方法，主要解決了現(xiàn)有方法估計電離層總電子含量精度低、多次迭代估計、運(yùn)算量大的問題。其實(shí)現(xiàn)過程是首先對雷達(dá)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，濾出帶寬相同的下邊帶信號和上邊帶信號；再分別對上邊帶信號和下邊帶信號進(jìn)行零內(nèi)插處理；然后分別對零內(nèi)插后的上邊帶信號和下邊帶信號進(jìn)行脈沖壓縮，上邊帶信號和下邊帶信號的載頻不同，經(jīng)過電離層后上邊帶信號與下邊帶信號的脈壓時延不同，根據(jù)兩個脈壓的時延差估計電離層總電子含量。本發(fā)明具有估計電離層總電子含量精度高、迭代估計次數(shù)少和運(yùn)算量小的優(yōu)點(diǎn)，可用于天基雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信等以減少電離層的影響。
文檔編號G01S7/295GK102508211SQ20111034634
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者何網(wǎng), 劉宏偉, 蘇洪濤 申請人:西安電子科技大學(xué)