專利名稱：一種電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于靜止氣象衛(wèi)星信號的一種電 離層閃爍監(jiān)測設(shè)備。
背景技術(shù)：
電離層是日地空間環(huán)境和地球空間的重要組成部分，電離層電子密度的不均勻 性，可以引起介電常數(shù)和折射指數(shù)的隨機(jī)起伏。當(dāng)電磁波在這樣的介質(zhì)中傳播時，會引起傳 播路徑和傳播時間的改變，使得信號的振幅、相位以及在接收天線處射線到達(dá)角發(fā)生快速 起伏變化，導(dǎo)致信號衰落，這種現(xiàn)象被稱為電離層閃爍。對電離層閃爍的研究可以完善人們對地球空間以及日地空間環(huán)境的認(rèn)識，幫助人 們加強(qiáng)對空間環(huán)境的了解，更好地發(fā)展有預(yù)報(bào)意義的、綜觀的空間天氣模式，把物理的、經(jīng) 驗(yàn)的、統(tǒng)計(jì)的知識結(jié)合在一起，最終形成一個能說明整個空間天氣發(fā)生、發(fā)展、對地效應(yīng)的 因果鏈模型。對發(fā)生在空間環(huán)境中的災(zāi)害性天氣事件進(jìn)行更全面更科學(xué)的監(jiān)測、診斷、預(yù)測 和預(yù)報(bào)，預(yù)告人們?yōu)暮π允录陌l(fā)生時間、嚴(yán)重程度以及會造成怎樣的后果，減輕和避免空 間災(zāi)害性天氣對昂貴的高科技技術(shù)系統(tǒng)造成損失，為航天、通信、導(dǎo)航、資源、電力、生態(tài)、醫(yī) 學(xué)、科研、宇航安全和國防等部門提供區(qū)域性和全球性的背景與時變的環(huán)境模式。因此，對 電離層閃爍研究具有重要的意義。進(jìn)行電離層閃爍監(jiān)測最理想的方法是由同步衛(wèi)星發(fā)出單色的信標(biāo)，在地面建立監(jiān) 測網(wǎng)的方式進(jìn)行監(jiān)測，但由于專門由同步衛(wèi)星發(fā)出單色的信標(biāo)源成本太高，目前國內(nèi)外對 電離層閃爍的監(jiān)測方法主要是利用GPS信號及衛(wèi)星電視信號。由于不需要專門的信標(biāo)源， 利用GPS信號及衛(wèi)星電視信號進(jìn)行電離層閃爍監(jiān)測可有效地降低監(jiān)測成本。但是，GPS信 號及衛(wèi)星電視信號的特點(diǎn)造成了這種監(jiān)測手段不夠理想。GPS電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備可監(jiān)測 分析幅度閃爍和相位閃爍。由于GPS衛(wèi)星相對地球運(yùn)動，其閃爍的變化同時包括了時間及 空間的因素，數(shù)據(jù)的處理相對復(fù)雜。利用衛(wèi)星電視信號的電離層閃爍監(jiān)測，由于電視信號本 身的相位變化比較復(fù)雜，只能對幅度閃爍進(jìn)行監(jiān)測。因此，針對現(xiàn)有技術(shù)不足之處，提供一種處理簡單、監(jiān)測效果優(yōu)良的電離層閃爍監(jiān) 測設(shè)備甚為必要。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種電離層閃爍監(jiān)測設(shè) 備，該電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備是基于靜止氣象衛(wèi)星連續(xù)信號進(jìn)行監(jiān)測處理的，具有處理簡單、 監(jiān)測效果優(yōu)良的特點(diǎn)。本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)一種電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，包括設(shè)置有天線、高頻放大器、第一中頻放大器、信號 幅度及相位信息采集單元、數(shù)字信號處理器和計(jì)算機(jī)，該電離層閃爍檢測設(shè)備通過監(jiān)測靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的連續(xù)信號獲得電離層閃爍信息，所述電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)測信標(biāo)為靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的連續(xù)信號，所述信號幅度及相位信息采集單元包括有信號幅度信息采集子單元和信號相位 信息采集子單元，所述第一中頻放大器設(shè)置有第一輸出端和第二輸出端，所述數(shù)字信號處理器設(shè)置有信號幅度信息輸入端和信號相位信息輸入端，所述天線接收所述靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的信號，所述天線聯(lián)接至所述高頻放大器， 所述高頻放大器輸出端與所述第一中頻放大器輸入端聯(lián)接，所述第一中頻放大器的第一輸出端與所述信號幅度信息采集子單元輸入端聯(lián)接，所述信號幅度信息采集子單元輸出端與所述數(shù)字信號處理器的信號幅度信息輸 入端聯(lián)接，所述第一中頻放大器的第二輸出端與所述信號相位信息采集子單元輸入端聯(lián)接， 所述信號相位信息采集子單元輸出端與所述數(shù)字信號處理器的信號相位信息輸入端聯(lián)接，所述數(shù)字信號處理器輸出端與所述計(jì)算機(jī)聯(lián)接。優(yōu)選的，上述第一中頻放大器設(shè)置為不帶自動增益控制的中頻放大器。更優(yōu)選的，上述信號幅度信息采集子單元包括有檢波器和第一 A/D轉(zhuǎn)換器，所述 第一中頻放大器的第一輸出端與所述檢波器輸入端聯(lián)接，所述檢波器輸出端與所述第一 A/ D轉(zhuǎn)換器輸入端聯(lián)接，所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器輸出端與所述數(shù)字信號處理器的信號幅度信息 輸入端聯(lián)接。另一更有選的，上述信號相位信息采集子單元包括有第二中頻放大器、鑒相器和 第二 A/D轉(zhuǎn)換器，所述第一中頻放大器的第二輸出端與所述第二中頻放大器輸入端聯(lián)接， 所述第二中頻放大器輸出端與所述鑒相器輸入端聯(lián)接，所述鑒相器輸出端與所述第二 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入端聯(lián)接，所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器輸出端與所述數(shù)字信號處理器的信號相位信息輸 入端聯(lián)接。另一更有選優(yōu)選的，上述數(shù)字信號處理器包括信號幅度信息處理單元和信號相位 信息處理單元，所述信號幅度信息處理單元設(shè)置有幅度閃爍信息處理單元，所述幅度閃爍信息處 理單元輸入端與所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器輸出端聯(lián)接，所述幅度閃爍信息處理單元輸出端與所 述計(jì)算機(jī)聯(lián)接；所述信號相位信息處理單元包括有解調(diào)數(shù)據(jù)源碼單元、再生被調(diào)制信號單元、復(fù) 現(xiàn)信號的原始相位單元和剔除被調(diào)制信號成分單元，所述剔除被調(diào)制信號成分單元設(shè)置有 第一輸入端和第二輸入端，所述解調(diào)數(shù)據(jù)源碼單元輸入端、所述剔除被調(diào)制信號成分單元的第一輸入端與所 述第二 A/D轉(zhuǎn)換器輸出端聯(lián)接，所述解調(diào)數(shù)據(jù)源碼單元輸出端與所述再生被調(diào)制信號單元 輸入端聯(lián)接，所述再生被調(diào)制信號單元輸出端與所述復(fù)現(xiàn)信號的原始相位單元輸入端聯(lián) 接，所述復(fù)現(xiàn)信號的原始相位單元輸出端與所述剔除被調(diào)制信號成分單元的第二輸入端聯(lián) 接，所述剔除被調(diào)制信號成分單元輸出端與所述計(jì)算機(jī)聯(lián)接。進(jìn)一步的，上述數(shù)字處理器設(shè)置為現(xiàn)場可遍程門陣列(FPGA)處理器，所述數(shù)字處 理器芯片為EP2C35F44C8芯片。另一更優(yōu)選的，上述電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備是監(jiān)測信標(biāo)設(shè)置為風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)遙測信號的電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，所述天線的接收頻率為1705. 2MH。進(jìn)一步的，上述第一中頻放大器是工作頻率為152. 5M的中頻放大器。本實(shí)用新型的一種電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，包括設(shè)置有天線、高頻放大器、第一中頻 放大器、信號幅度及相位信息采集單元、數(shù)字信號處理器和計(jì)算機(jī)，信號幅度及相位信息采 集單元包括有信號幅度信息采集子單元和信號相位信息采集子單元，第一中頻放大器設(shè)置 有第一輸出端和第二輸出端，數(shù)字信號處理器設(shè)置有信號幅度信息輸入端和信號相位信息 輸入端，該電離層閃爍檢測設(shè)備通過監(jiān)測靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的連續(xù)信號獲得電離層閃爍信 息，電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)測信標(biāo)為靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的連續(xù)信號，天線接收靜止氣象 衛(wèi)星發(fā)射的信號，天線聯(lián)接至高頻放大器，高頻放大器輸出端與第一中頻放大器輸入端聯(lián) 接，第一中頻放大器的第一輸出端與信號幅度信息采集子單元輸入端聯(lián)接，信號幅度信息 采集子單元輸出端與數(shù)字信號處理器的信號幅度信息輸入端聯(lián)接，第一中頻放大器的第二 輸出端與信號相位信息采集子單元輸入端聯(lián)接，信號相位信息采集子單元輸出端與數(shù)字信 號處理器的信號相位信息輸入端聯(lián)接，數(shù)字信號處理器輸出端與計(jì)算機(jī)聯(lián)接。該電離層閃 爍監(jiān)測設(shè)備，利用靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的連續(xù)信號作為信標(biāo)，與GPS信號比較，由于是靜止氣 象衛(wèi)星信號，故其閃爍的變化只包含時間因素，因此，數(shù)字信號處理器的處理簡單。與衛(wèi)星 電視信號比較，由于靜止氣象衛(wèi)星連續(xù)信號的碼速率較低，對于象風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星的業(yè) 務(wù)遙測信號的碼速率僅為2K，且實(shí)際上精確可知，因此可以通過數(shù)字信號處理器復(fù)現(xiàn)信號 的原始相位，剔除調(diào)制信號的成份，得到相位閃爍信息，效果接近單色信標(biāo)源的水平。因此， 該電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備具有數(shù)據(jù)處理簡單、監(jiān)測效果優(yōu)良的特點(diǎn)。

結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述，但附圖中的內(nèi)容不構(gòu)成對本實(shí)用新型的 任何限制。圖1是本實(shí)用新型一種電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中的一種電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備的數(shù)字信號處理器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型一種電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備的工作流程圖；圖4是本實(shí)用新型一種電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備的工作原理圖。在圖1、圖2、圖3和圖4中，包括天線10、高頻放大器20、第一中頻放大器30、信號幅度及相位信息采集單元40、信號幅度信息采集子單元41、信號相位信息采集子單元42、第二中頻放大器421、檢波器411、第一 A/D轉(zhuǎn)換器412、鑒相器422、第二 A/D轉(zhuǎn)換器423、數(shù)字信號處理器90、計(jì)算機(jī)80、第一中頻放大器的第一輸出端31、第一中頻放大器的第二輸出端32、數(shù)字信號處理器的信號幅度信息輸入端901、數(shù)字信號處理器的信號相位信息輸入端902、信號幅度閃爍信息獲取單元91、信號相位閃爍信息獲取單元92、幅度閃爍信息處理單元911、解調(diào)數(shù)據(jù)源碼單元921、再生被調(diào)制信號單元922、復(fù)現(xiàn)信號的原始相位單元923、[0046]剔除被調(diào)制信號成分單元924、剔除被調(diào)制信號成分單元的第一輸入端9241、剔除被調(diào)制信號成分單元的第二輸入端9242。
具體實(shí)施方式
結(jié)合以下實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1一種電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，通過監(jiān)測靜止氣象衛(wèi)星信號獲得電離層閃爍信息，該 電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)測信標(biāo)為靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的連續(xù)信號。如圖1和圖2所示，該 電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備包括設(shè)置有天線10、高頻放大器20、第一中頻放大器30、信號幅度及 相位信息采集單元40、數(shù)字信號處理器90和計(jì)算機(jī)80。信號幅度及相位信息采集單元40包括有信號幅度信息采集子單元41和信號相 位信息采集子單元42。信號幅度信息采集子單元41包括有檢波器411和第一 A/D轉(zhuǎn)換器 412。信號相位信息采集子單元42包括有第二中頻放大器421、鑒相器422和第二 A/D轉(zhuǎn)換 器 423。第一中頻放大器30設(shè)置有第一輸出端31和第二輸出端32，數(shù)字信號處理器90設(shè) 置有信號幅度信息輸入端901和信號相位信息輸入端902。天線10接收靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的信號，天線10聯(lián)接至高頻放大器20，高頻放大 器20輸出端與第一中頻放大器30輸入端聯(lián)接，第一中頻放大器30的第一輸出端31與檢 波器411輸入端聯(lián)接，檢波器411輸出端與所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器412輸入端聯(lián)接，第一 A/D 轉(zhuǎn)換器412輸出端與數(shù)字信號處理器90的信號幅度信息輸入端901聯(lián)接。第一中頻放大器30的第二輸出端32與第二中頻放大器421輸入端聯(lián)接，第二中 頻放大器421輸出端與鑒相器422輸入端聯(lián)接，鑒相器422輸出端與第二 A/D轉(zhuǎn)換器423 輸入端聯(lián)接，第二 A/D轉(zhuǎn)換器423輸出端與數(shù)字信號處理器90的信號相位信息輸入端902 聯(lián)接，數(shù)字信號處理器90輸出端與所述計(jì)算機(jī)80聯(lián)接。其工作原理是天線10接收靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射到地面的信號，天線10接收的信號 輸至高頻放大器20，通過高頻放大器20將信號的頻率降低。經(jīng)高頻放大器20處理后的信 號輸至第一中頻放大器30進(jìn)行第一中頻下變頻處理，經(jīng)第一中頻放大器30處理后的信號 攜帶有幅度隨機(jī)起伏信息。該信號一路輸至檢波器411經(jīng)檢波器411檢波后，輸入第一 A/ D轉(zhuǎn)換器412作模/數(shù)轉(zhuǎn)換后作為信號幅度信息輸至數(shù)字信號處理器90。第一中頻放大器 30處理后的信號另一路輸至第二中頻放大器421進(jìn)行第二中頻下變頻處理，經(jīng)第二中頻下 變頻處理后的信號輸至鑒相器422經(jīng)鑒相器鑒相后，輸入第二 A/D轉(zhuǎn)換器423作模/數(shù)轉(zhuǎn) 換后作為信號相位信息輸至數(shù)字信號處理器90。數(shù)字信號處理器90對輸入的信號幅度信 息及信號相位信息進(jìn)行處理獲得信號幅度及相位閃爍信息并將信號幅度及相位閃爍信息 輸至計(jì)算機(jī)80。數(shù)字信號處理器90通過現(xiàn)場可遍程門陣列(FPGA)處理器實(shí)現(xiàn)，數(shù)字處理器90的 芯片為EP2C35F44C8芯片。數(shù)字信號處理器90包括信號幅度閃爍信息獲取單元91和信號 相位閃爍信息獲取單元92。如圖2所示，信號幅度閃爍信息獲取單元91設(shè)置有幅度閃爍信 息處理單元911，幅度閃爍信息處理單元911輸入端與所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器412輸出端聯(lián)接，幅度閃爍信息處理單元911輸出端與所述計(jì)算機(jī)80聯(lián)接。信號相位閃爍信息獲取單元92包括解調(diào)數(shù)據(jù)源碼單元921、再生被調(diào)制信號單元 922、復(fù)現(xiàn)信號的原始相位單元923和剔除被調(diào)制信號成分單元924，剔除被調(diào)制信號成分 單元設(shè)置有第一輸入端9241和第二輸入端9242。解調(diào)數(shù)據(jù)源碼單元921輸入端、剔除被調(diào) 制信號成分單元924的第一輸入端9241與第二 A/D轉(zhuǎn)換器423輸出端聯(lián)接，解調(diào)數(shù)據(jù)源碼 單元921輸出端與再生被調(diào)制信號單元922輸入端聯(lián)接，再生被調(diào)制信號單元922輸出端 與復(fù)現(xiàn)信號的原始相位單元923輸入端聯(lián)接，復(fù)現(xiàn)信號的原始相位單元923輸出端與剔除 被調(diào)制信號成分單元924的第二輸入端9242聯(lián)接，剔除被調(diào)制信號成分單元924輸出端與 計(jì)算機(jī)80聯(lián)接。第二 A/D轉(zhuǎn)換器423的輸出信號經(jīng)解調(diào)數(shù)據(jù)源碼單元921、再生被調(diào)制信 號單元922、復(fù)現(xiàn)信號的原始相位單元923處理后，復(fù)現(xiàn)信號的原始相位。剔除被調(diào)制信號 成分單元924的第一輸入端9241和第二輸入端9242分別輸入信號相位信息和復(fù)現(xiàn)的信號 原始相位信息，通過剔除被調(diào)制信號成分單元924處理后，可以獲得電離層的閃爍相位信 肩、ο數(shù)字信號處理器90將處理出來的相位及幅度隨機(jī)起伏信息通過USB接口送到數(shù) 據(jù)處理計(jì)算機(jī)80，由數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)80完成對數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析處理、計(jì)算幅度閃爍強(qiáng)度 和相位標(biāo)準(zhǔn)差，并輸出或者顯示幅度閃爍強(qiáng)度和相位標(biāo)準(zhǔn)差。該電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，其具體工作過程如圖3所示，包括下列步驟(1)信標(biāo)監(jiān)測與確定，電離層閃爍監(jiān)測儀檢測天線10接收的靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的 連續(xù)信號，將該連續(xù)信號確定為電離層閃爍監(jiān)測儀監(jiān)測的信標(biāo)。采用靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的 連續(xù)信號作為電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測的信標(biāo)，由于靜止氣象衛(wèi)星對地相對靜止，因此，選 擇靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的信號作為電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測的信標(biāo)，其最大的優(yōu)勢是可以對 監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測，獲取監(jiān)測區(qū)域準(zhǔn)確的閃爍時間變化規(guī)律和氣候統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。選擇 靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的連續(xù)信號作為信標(biāo)，不需要為了對電離層閃爍監(jiān)測而在在衛(wèi)星上單獨(dú) 設(shè)置特殊的設(shè)備使衛(wèi)星發(fā)射信標(biāo)源，因此，成本較低廉。由于遙測信號的碼速率較低便于后 續(xù)的處理分析，故以選擇靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的遙測信號作為信標(biāo)效果更佳。(2)工作信號接收，電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備的天線10接收靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的信 號。電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備的天線10設(shè)置在地面，以接收衛(wèi)星發(fā)射的遙測信號。衛(wèi)星發(fā)射的 信號穿過電離層時，電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)會引起信號幅度和相位的變化，變化后的信號被地 面的天線10接收。由于對于特定的衛(wèi)星，其所發(fā)射的原始信號是可以預(yù)知的，因此，可以通 過計(jì)算獲得信號的原始相位。通過將信號到達(dá)地面時的幅度和相位與信號的原始相位比較 處理，就可以獲得電離層閃爍的幅度和相位信息。(3)高頻下變頻處理，對天線10接收的信號進(jìn)行高頻下變頻處理以降低信號的頻 率。衛(wèi)星發(fā)射的信號要經(jīng)過很長的距離才能到達(dá)地面，因此，為了保證信號能夠有效到達(dá)地 面，衛(wèi)星信號發(fā)射時都經(jīng)過了兩次或者多次上變頻處理。故，天線10接收到的信號的頻率 往往很高，不便于處理。通過高頻放大器20對天線10接收的信號進(jìn)行高頻下變頻處理，能 夠降低信號的頻率，便于后續(xù)的處理。(4)第一中頻下變頻處理，經(jīng)過高頻下變頻處理后的信號輸至第一中頻放大器30 進(jìn)行第一中頻下變頻處理，第一中頻放大器30設(shè)置為不帶自動增益控制的中頻放大器，第 一中頻下變頻處理不帶自動增益控制。通常，變頻放大器帶有自動增益控制功能，此處，第
8一中頻放大器30不帶自動增益控制，第一中頻下變頻處理的信號攜帶有幅度隨機(jī)起伏信 息，故第一中頻下變頻處理后的信號的幅度信息仍然保持天線10接收時的幅度狀態(tài)。使得 信號的幅度信息更加明顯。(5)信號幅度及相位信息采集，信號幅度及相位信息采集單元40對第一中頻下變 頻處理后的信號進(jìn)行信號幅度信息采集及相位信息采集，并將信號幅度及相位信息輸入數(shù) 字信號處理器90處理，具體包括(51)信號幅度信息采集子單元41進(jìn)行信號幅度信息采 集，第一中頻下變頻處理后的信號一路輸至檢波器411檢波后，輸入第一 A/D轉(zhuǎn)換器412作 模/數(shù)轉(zhuǎn)換后作為信號幅度信息輸至數(shù)字信號處理器90。(52)信號相位信息采集子單元 42進(jìn)行信號相位信息采集，第一中頻下變頻處理后的信號由另一路輸至第二中頻放大器 421進(jìn)行第二中頻下變頻處理，經(jīng)第二中頻下變頻處理后的信號輸至鑒相器422鑒相后，輸 入第二 A/D轉(zhuǎn)換器423作模/數(shù)轉(zhuǎn)換后作為信號相位信息輸至所述數(shù)字信號處理器90。(6)獲取信號幅度及相位閃爍信息，數(shù)字信號處理器90對輸入的信號幅度信息及 信號相位信息進(jìn)行處理獲得信號幅度及相位閃爍信息并將信號幅度及相位閃爍信息輸至 計(jì)算機(jī)。具體，如圖4所示，包括(61)信號幅度閃爍信息獲取單元91獲取信號幅度閃爍信息，幅度閃爍信息處理 單元911對輸入的信號幅度信息進(jìn)行幅度閃爍信息處理獲取信號幅度閃爍信息，并將信號 幅度閃爍信息輸至所述計(jì)算機(jī)80 ；及(62)信號相位閃爍信息獲取單元92獲取信號相位閃爍信息，包括，輸入的信號依 次經(jīng)過解調(diào)數(shù)據(jù)源碼單元921、再生被調(diào)制信號單元922和復(fù)現(xiàn)信號的原始相位單元923處 理后，輸出信號的原始相位信息，然后，剔除被調(diào)制信號成分單元924將信號的原始相位信 息與輸入的信號相位信息進(jìn)行比較，剔除被調(diào)制信號的成分，獲取信號相位閃爍信息，并將 所述信號相位閃爍信息輸至所述計(jì)算機(jī)80。(7)閃爍參數(shù)計(jì)算，計(jì)算機(jī)80根據(jù)信號幅度閃爍信息和信號相位閃爍信息分別進(jìn) 行幅度閃爍強(qiáng)度和相位標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算，并輸出或者顯示幅度閃爍強(qiáng)度和相位標(biāo)準(zhǔn)差。采用該電離層閃爍檢測設(shè)備進(jìn)行電離層閃爍監(jiān)測，該方法利用靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射 的連續(xù)信號作為信標(biāo)，與GPS信號比較，由于是靜止氣象衛(wèi)星信號，故其閃爍的變化只包含 時間因素，因此，信號的處理簡單。本實(shí)用新型提供的一種電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，利用靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的連續(xù)信號 作為信標(biāo)，與GPS信號比較，由于是靜止氣象衛(wèi)星信號，故其閃爍的變化只包含時間因素， 因此，數(shù)字信號處理器的處理簡單。與衛(wèi)星電視信號比較，由于靜止氣象衛(wèi)星連續(xù)信號的碼 速率較低，且實(shí)際上精確可知，因此可以通過數(shù)字信號處理器90復(fù)現(xiàn)信號的原始相位，剔 除調(diào)制信號的成份，得到相位閃爍信息，效果接近單色信標(biāo)源的水平。因此，該電離層閃爍 監(jiān)測設(shè)備具有數(shù)據(jù)處理簡單、監(jiān)測效果優(yōu)良的特點(diǎn)。實(shí)施例2—種電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，不同之處在于，該實(shí)施例中的 電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)測信標(biāo)選擇為風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)遙測信號，天線10的接 收頻率為1705. 2MH，第一中頻放大器30的工作頻率是152. 5M。風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星(FY2) 系列是我國自主研制的靜止氣象衛(wèi)星，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)雙星FY2-C和FY2-D組網(wǎng)觀測，C星定 位于東經(jīng)123. 5度赤道上空距地大約36000公里的地球同步軌道上，D星定位于東經(jīng)105度赤道上空距地大約36000公里的地球同步軌道上。當(dāng)風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星的信號穿越電離層 時，電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)會引起信號幅度和相位的變化。如果能測量到信號到達(dá)地面時的幅 度和相位，并知道信號的原始相位，就可以獲得電離層閃爍的幅度和相位信息。風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星的下行信號包括原始云圖、展寬云圖、業(yè)務(wù)遙測、工程遙測、測 距信號等，本實(shí)施例選用風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)遙測信號作為電離層閃爍監(jiān)測的信標(biāo)。 由于業(yè)務(wù)遙測信號是一個連續(xù)不間斷的信號，該信號在衛(wèi)星發(fā)射時采用二次調(diào)制的方式， 將2Kbps碼速率的數(shù)據(jù)以DPSK的方式調(diào)制到的32KHz的副載波，再將副載波以PM方式調(diào) 制到頻率為1702. 5MHz的載波中，其頻譜成分簡單穩(wěn)定，比較適合進(jìn)行電離層閃爍監(jiān)測。由于風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星發(fā)射的遙測信號的頻率為1702. 5MHz,因此，天線10的接 收頻率于此對應(yīng)也設(shè)置為1702. 5MHz。第一中頻放大器30處理選取152. 5M的頻率，是為了使該電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備能 夠與風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星的展寬云圖接收機(jī)共用相同的天線、高頻及第一中頻通道。目前， 風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星的展寬云圖接收站遍布全國，其頻率為1687. 5M，比遙測信號的頻率小 15M，目前廣泛使用的風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星的展寬云圖接收機(jī)的第一中頻為137. 5M，因此，將 第一中頻放大器30的頻率選在152. 5M，就可以實(shí)現(xiàn)電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備與風(fēng)云二號氣象 衛(wèi)星的展寬云圖接收機(jī)共用前端的通道。有利于降低監(jiān)測成本。本實(shí)施例的一種電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，選擇風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)遙測信號作 為信標(biāo)。具有以下優(yōu)點(diǎn)，第一，與GPS信號比較，由于是靜止氣象衛(wèi)星信號，其閃爍的變化 只包含時間因素；第二，與衛(wèi)星電視信號比較，由于遙測信號的碼速率僅為2K，且實(shí)際上精 確可知，因此可以通過復(fù)現(xiàn)遙測信號的原始相位，剔除調(diào)制信號的成份，得到相位閃爍信 息。該電離層閃爍檢測儀利用風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)遙測信號進(jìn)行電離層閃爍監(jiān)測同時 具有利用GPS信號及衛(wèi)星電視信號監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)，效果接近單色信標(biāo)源的水平。且電離層閃 爍監(jiān)測設(shè)備能與風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星的展寬云圖接收機(jī)共用相同的天線、高頻及第一中頻通 道，有利于該監(jiān)測設(shè)備的推廣并且有利用降低監(jiān)測成本。最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對本實(shí)用 新型保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型作了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用 新型技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求一種電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，其特征在于包括設(shè)置有天線、高頻放大器、第一中頻放大器、信號幅度及相位信息采集單元、數(shù)字信號處理器和計(jì)算機(jī)，所述信號幅度及相位信息采集單元包括有信號幅度信息采集子單元和信號相位信息采集子單元，所述第一中頻放大器設(shè)置有第一輸出端和第二輸出端，所述數(shù)字信號處理器設(shè)置有信號幅度信息輸入端和信號相位信息輸入端，所述天線接收所述靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的信號，所述天線聯(lián)接至所述高頻放大器，所述高頻放大器輸出端與所述第一中頻放大器輸入端聯(lián)接，所述第一中頻放大器的第一輸出端與所述信號幅度信息采集子單元輸入端聯(lián)接，所述信號幅度信息采集子單元輸出端與所述數(shù)字信號處理器的信號幅度信息輸入端聯(lián)接，所述第一中頻放大器的第二輸出端與所述信號相位信息采集子單元輸入端聯(lián)接，所述信號相位信息采集子單元輸出端與所述數(shù)字信號處理器的信號相位信息輸入端聯(lián)接，所述數(shù)字信號處理器輸出端與所述計(jì)算機(jī)聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電離層閃爍檢測設(shè)備，其特征在于所述第一中頻放大器設(shè) 置為不帶自動增益控制的中頻放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，其特征在于所述信號幅度信息 采集子單元包括有檢波器和第一 A/D轉(zhuǎn)換器，所述第一中頻放大器的第一輸出端與所述檢 波器輸入端聯(lián)接，所述檢波器輸出端與所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器輸入端聯(lián)接，所述第一 A/D轉(zhuǎn)換 器輸出端與所述數(shù)字信號處理器的信號幅度信息輸入端聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，其特征在于所述信號相位信息 采集子單元包括有第二中頻放大器、鑒相器和第二 A/D轉(zhuǎn)換器，所述第一中頻放大器的第 二輸出端與所述第二中頻放大器輸入端聯(lián)接，所述第二中頻放大器輸出端與所述鑒相器輸 入端聯(lián)接，所述鑒相器輸出端與所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器輸入端聯(lián)接，所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器輸出 端與所述數(shù)字信號處理器的信號相位信息輸入端聯(lián)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，其特征在于所述數(shù)字信號處理 器包括有信號幅度信息處理單元和信號相位信息處理單元，所述信號幅度信息處理單元設(shè)置有幅度閃爍信息處理單元，所述幅度閃爍信息處理單 元輸入端與所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器輸出端聯(lián)接，所述幅度閃爍信息處理單元輸出端與所述計(jì) 算機(jī)聯(lián)接，所述信號相位信息處理單元包括有解調(diào)數(shù)據(jù)源碼單元、再生被調(diào)制信號單元、復(fù)現(xiàn)信 號的原始相位單元和剔除被調(diào)制信號成分單元，所述剔除被調(diào)制信號成分單元設(shè)置有第一 輸入端和第二輸入端，所述解調(diào)數(shù)據(jù)源碼單元輸入端、所述剔除被調(diào)制信號成分單元的第一輸入端與所述第 二 A/D轉(zhuǎn)換器輸出端聯(lián)接，所述解調(diào)數(shù)據(jù)源碼單元輸出端與所述再生被調(diào)制信號單元輸入 端聯(lián)接，所述再生被調(diào)制信號單元輸出端與所述復(fù)現(xiàn)信號的原始相位單元輸入端聯(lián)接，所 述復(fù)現(xiàn)信號的原始相位單元輸出端與所述剔除被調(diào)制信號成分單元的第二輸入端聯(lián)接，所 述剔除被調(diào)制信號成分單元輸出端與所述計(jì)算機(jī)聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，其特征在于所述數(shù)字處理器為現(xiàn)場 可遍程門陣列FPGA處理器，所述數(shù)字處理器芯片為EP2C35F44C8芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，其特征在于所述電離層閃爍監(jiān) 測設(shè)備是監(jiān)測信標(biāo)設(shè)置為風(fēng)云二號氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)遙測信號的電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，所述 天線的接收頻率為1705. 2MH。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電離層閃爍檢測設(shè)備，其特征在于所述第一中頻放大器是 工作頻率為152. 5M的中頻放大器。
專利摘要一種電離層閃爍監(jiān)測設(shè)備，其監(jiān)測信標(biāo)為靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的連續(xù)信號，包括設(shè)置有天線、高頻放大器、第一中頻放大器、信號幅度及相位信息采集單元、數(shù)字信號處理器和計(jì)算機(jī)，信號幅度及相位信息采集單元包括有信號幅度信息采集子單元和信號相位信息采集子單元。天線接收的衛(wèi)星信號，依次經(jīng)高頻放大器、第一中頻放大器處理后輸入信號幅度及相位信息采集單元處理后經(jīng)數(shù)字信號處理器處理獲得信號閃爍信息，然后通過計(jì)算機(jī)計(jì)算電離層的閃爍參數(shù)。信號幅度信息采集子單元包括檢波器和第一A/D轉(zhuǎn)換器。信號相位信息采集子單元包括第二中頻放大器、鑒相器和第二A/D轉(zhuǎn)換器。具有信號處理簡單、監(jiān)測效果優(yōu)良的特點(diǎn)。
文檔編號H04B7/185GK201656981SQ201020000779
公開日2010年11月24日 申請日期2010年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月14日
發(fā)明者單海濱, 張效信, 張榮楷, 曹靜, 王勁松, 翁俊鏗 申請人:國家衛(wèi)星氣象中心;廣州氣象衛(wèi)星地面站