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(hào)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(shí)，會(huì)引起傳 播路徑和傳播時(shí)間的改變，使得信號(hào)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(hào)衰落，這種現(xiàn)象被稱為電離層閃爍。對(duì)電離層閃爍的研究可以完善人們對(duì)地球空間以及日地空間環(huán)境的認(rèn)識(shí)，幫助人 們加強(qiáng)對(duì)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(shí)結(jié)合在一起，最終形成一個(gè)能說明整個(gè)空間天氣發(fā)生、發(fā)展、對(duì)地效應(yīng)的 因果鏈模型。對(duì)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(shí)間、嚴(yán)重程度以及會(huì)造成怎樣的后果，減輕和避免空 間災(zāi)害性天氣對(duì)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(shí)變的環(huán)境模式。因此，對(duì) 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(duì) 電離層閃爍的監(jiān)測方法主要是利用GPS信號(hào)及衛(wèi)星電視信號(hào)。由于不需要專門的信標(biāo)源， 利用GPS信號(hào)及衛(wèi)星電視信號(hào)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(hào)及衛(wèi)星電視信號(hào)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(duì)地球運(yùn)動(dòng)，其閃爍的變化同時(shí)包括了時(shí)間及 空間的因素，數(shù)據(jù)的處理相對(duì)復(fù)雜。利用衛(wèi)星電視信號(hào)的電離層閃爍監(jiān)測，由于電視信號(hào)本 身的相位變化比較復(fù)雜，只能對(duì)幅度閃爍進(jìn)行監(jiān)測。因此，針對(duì)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(hào)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(hào) 幅度及相位信息采集單元、數(shù)字信號(hào)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(hào)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(hào)，所述信號(hào)幅度及相位信息采集單元包括有信號(hào)幅度信息采集子單元和信號(hào)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(hào)處理器設(shè)置有信號(hào)幅度信息輸入端和信號(hào)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(hào)，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(hào)幅度信息采集子單元輸入端聯(lián)接，所述信號(hào)幅度信息采集子單元輸出端與所述數(shù)字信號(hào)處理器的信號(hào)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(hào)相位信息采集子單元輸入端聯(lián)接， 所述信號(hào)相位信息采集子單元輸出端與所述數(shù)字信號(hào)處理器的信號(hào)相位信息輸入端聯(lián)接，所述數(shù)字信號(hào)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(dòng)增益控制的中頻放大器。更優(yōu)選的，上述信號(hào)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(hào)處理器的信號(hào)幅度信息 輸入端聯(lián)接。另一更有選的，上述信號(hào)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(hào)處理器的信號(hào)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(hào)處理器包括信號(hào)幅度信息處理單元和信號(hào)相位 信息處理單元，所述信號(hào)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(hào)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(hào)單元、復(fù) 現(xiàn)信號(hào)的原始相位單元和剔除被調(diào)制信號(hào)成分單元，所述剔除被調(diào)制信號(hào)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(hào)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(hào)單元 輸入端聯(lián)接，所述再生被調(diào)制信號(hào)單元輸出端與所述復(fù)現(xiàn)信號(hào)的原始相位單元輸入端聯(lián) 接，所述復(fù)現(xiàn)信號(hào)的原始相位單元輸出端與所述剔除被調(diào)制信號(hào)成分單元的第二輸入端聯(lián) 接，所述剔除被調(diào)制信號(hào)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(hào)氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)遙測信號(hào)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(hào)幅度及相位信息采集單元、數(shù)字信號(hào)處理器和計(jì)算機(jī)，信號(hào)幅度及相位信息采 集單元包括有信號(hào)幅度信息采集子單元和信號(hào)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(hào)處理器設(shè)置有信號(hào)幅度信息輸入端和信號(hào)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(hào)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(hào)，天線接收靜止氣象 衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，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(hào)幅度信息采集子單元輸入端聯(lián)接，信號(hào)幅度信息 采集子單元輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器的信號(hào)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(hào)相位信息采集子單元輸入端聯(lián)接，信號(hào)相位信息采集子單元輸出端與數(shù)字信 號(hào)處理器的信號(hào)相位信息輸入端聯(lián)接，數(shù)字信號(hào)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(hào)作為信標(biāo)，與GPS信號(hào)比較，由于是靜止氣 象衛(wèi)星信號(hào)，故其閃爍的變化只包含時(shí)間因素，因此，數(shù)字信號(hào)處理器的處理簡單。與衛(wèi)星 電視信號(hào)比較，由于靜止氣象衛(wèi)星連續(xù)信號(hào)的碼速率較低，對(duì)于象風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星的業(yè) 務(wù)遙測信號(hào)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(hào)處理器復(fù)現(xiàn)信號(hào) 的原始相位，剔除調(diào)制信號(hào)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(duì)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(duì)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(hào)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(hào)幅度及相位信息采集單元40、信號(hào)幅度信息采集子單元41、信號(hào)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(hào)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(hào)處理器的信號(hào)幅度信息輸入端901、數(shù)字信號(hào)處理器的信號(hào)相位信息輸入端902、信號(hào)幅度閃爍信息獲取單元91、信號(hào)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(hào)單元922、復(fù)現(xiàn)信號(hào)的原始相位單元923、[0046]剔除被調(diào)制信號(hào)成分單元924、剔除被調(diào)制信號(hào)成分單元的第一輸入端9241、剔除被調(diào)制信號(hào)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(duì)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(hào)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(hào)。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(hào)幅度及 相位信息采集單元40、數(shù)字信號(hào)處理器90和計(jì)算機(jī)80。信號(hào)幅度及相位信息采集單元40包括有信號(hào)幅度信息采集子單元41和信號(hào)相 位信息采集子單元42。信號(hào)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(hào)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(hào)處理器90設(shè) 置有信號(hào)幅度信息輸入端901和信號(hào)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(hào)，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(hào)處理器90的信號(hào)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(hào)處理器90的信號(hào)相位信息輸入端902 聯(lián)接，數(shù)字信號(hào)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(hào)，天線10接收的信號(hào) 輸至高頻放大器20，通過高頻放大器20將信號(hào)的頻率降低。經(jīng)高頻放大器20處理后的信 號(hào)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(hào) 攜帶有幅度隨機(jī)起伏信息。該信號(hào)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(hào)幅度信息輸至數(shù)字信號(hào)處理器90。第一中頻放大器 30處理后的信號(hào)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(hào)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(hào)相位信息輸至數(shù)字信號(hào)處理器90。數(shù)字信號(hào)處理器90對(duì)輸入的信號(hào)幅度信 息及信號(hào)相位信息進(jìn)行處理獲得信號(hào)幅度及相位閃爍信息并將信號(hào)幅度及相位閃爍信息 輸至計(jì)算機(jī)80。數(shù)字信號(hào)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(hào)處理器90包括信號(hào)幅度閃爍信息獲取單元91和信號(hào) 相位閃爍信息獲取單元92。如圖2所示，信號(hào)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(hào)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(hào)單元 922、復(fù)現(xiàn)信號(hào)的原始相位單元923和剔除被調(diào)制信號(hào)成分單元924，剔除被調(diào)制信號(hào)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(hào)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(hào)單元922輸入端聯(lián)接，再生被調(diào)制信號(hào)單元922輸出端 與復(fù)現(xiàn)信號(hào)的原始相位單元923輸入端聯(lián)接，復(fù)現(xiàn)信號(hào)的原始相位單元923輸出端與剔除 被調(diào)制信號(hào)成分單元924的第二輸入端9242聯(lián)接，剔除被調(diào)制信號(hào)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(hào)經(jīng)解調(diào)數(shù)據(jù)源碼單元921、再生被調(diào)制信 號(hào)單元922、復(fù)現(xiàn)信號(hào)的原始相位單元923處理后，復(fù)現(xiàn)信號(hào)的原始相位。剔除被調(diào)制信號(hào) 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(hào)相位信息和復(fù)現(xiàn)的信號(hào) 原始相位信息，通過剔除被調(diào)制信號(hào)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(hào)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(duì)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(hào)，將該連續(xù)信號(hào)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(hào)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(duì)地相對(duì)靜止，因此，選 擇靜止氣象衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)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(shì)是可以對(duì) 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(shí)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(hào)作為信標(biāo)，不需要為了對(duì)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(hào)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(hào)作為信標(biāo)效果更佳。(2)工作信號(hào)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(hào)。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(hào)。衛(wèi)星發(fā)射的 信號(hào)穿過電離層時(shí)，電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)會(huì)引起信號(hào)幅度和相位的變化，變化后的信號(hào)被地 面的天線10接收。由于對(duì)于特定的衛(wèi)星，其所發(fā)射的原始信號(hào)是可以預(yù)知的，因此，可以通 過計(jì)算獲得信號(hào)的原始相位。通過將信號(hào)到達(dá)地面時(shí)的幅度和相位與信號(hào)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(duì)天線10接收的信號(hào)進(jìn)行高頻下變頻處理以降低信號(hào)的頻 率。衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)要經(jīng)過很長的距離才能到達(dá)地面，因此，為了保證信號(hào)能夠有效到達(dá)地 面，衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射時(shí)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(hào)的頻率 往往很高，不便于處理。通過高頻放大器20對(duì)天線10接收的信號(hào)進(jìn)行高頻下變頻處理，能 夠降低信號(hào)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(hào)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(dòng)增益控制的中頻放大器，第 一中頻下變頻處理不帶自動(dòng)增益控制。通常，變頻放大器帶有自動(dòng)增益控制功能，此處，第
8一中頻放大器30不帶自動(dòng)增益控制，第一中頻下變頻處理的信號(hào)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(hào)的幅度信息仍然保持天線10接收時(shí)的幅度狀態(tài)。使得 信號(hào)的幅度信息更加明顯。(5)信號(hào)幅度及相位信息采集，信號(hào)幅度及相位信息采集單元40對(duì)第一中頻下變 頻處理后的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)幅度信息采集及相位信息采集，并將信號(hào)幅度及相位信息輸入數(shù) 字信號(hào)處理器90處理，具體包括(51)信號(hào)幅度信息采集子單元41進(jìn)行信號(hào)幅度信息采 集，第一中頻下變頻處理后的信號(hào)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(hào)幅度信息輸至數(shù)字信號(hào)處理器90。(52)信號(hào)相位信息采集子單元 42進(jìn)行信號(hào)相位信息采集，第一中頻下變頻處理后的信號(hào)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(hào)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(hào)相位信息輸至所述數(shù)字信號(hào)處理器90。(6)獲取信號(hào)幅度及相位閃爍信息，數(shù)字信號(hào)處理器90對(duì)輸入的信號(hào)幅度信息及 信號(hào)相位信息進(jìn)行處理獲得信號(hào)幅度及相位閃爍信息并將信號(hào)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(hào)幅度閃爍信息獲取單元91獲取信號(hào)幅度閃爍信息，幅度閃爍信息處理 單元911對(duì)輸入的信號(hào)幅度信息進(jìn)行幅度閃爍信息處理獲取信號(hào)幅度閃爍信息，并將信號(hào) 幅度閃爍信息輸至所述計(jì)算機(jī)80 ；及(62)信號(hào)相位閃爍信息獲取單元92獲取信號(hào)相位閃爍信息，包括，輸入的信號(hào)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(hào)單元922和復(fù)現(xiàn)信號(hào)的原始相位單元923處 理后，輸出信號(hào)的原始相位信息，然后，剔除被調(diào)制信號(hào)成分單元924將信號(hào)的原始相位信 息與輸入的信號(hào)相位信息進(jìn)行比較，剔除被調(diào)制信號(hào)的成分，獲取信號(hào)相位閃爍信息，并將 所述信號(hào)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(hào)幅度閃爍信息和信號(hào)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(hào)作為信標(biāo)，與GPS信號(hào)比較，由于是靜止氣象衛(wèi)星信號(hào)，故其閃爍的變化只包含 時(shí)間因素，因此，信號(hào)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(hào) 作為信標(biāo)，與GPS信號(hào)比較，由于是靜止氣象衛(wèi)星信號(hào)，故其閃爍的變化只包含時(shí)間因素， 因此，數(shù)字信號(hào)處理器的處理簡單。與衛(wèi)星電視信號(hào)比較，由于靜止氣象衛(wèi)星連續(xù)信號(hào)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(hào)處理器90復(fù)現(xiàn)信號(hào)的原始相位，剔 除調(diào)制信號(hào)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(hào)氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)遙測信號(hào)，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(hào)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(hào)氣象衛(wèi)星的信號(hào)穿越電離層 時(shí)，電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)會(huì)引起信號(hào)幅度和相位的變化。如果能測量到信號(hào)到達(dá)地面時(shí)的幅 度和相位，并知道信號(hào)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(hào)氣象衛(wèi)星的下行信號(hào)包括原始云圖、展寬云圖、業(yè)務(wù)遙測、工程遙測、測 距信號(hào)等，本實(shí)施例選用風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)遙測信號(hào)作為電離層閃爍監(jiān)測的信標(biāo)。 由于業(yè)務(wù)遙測信號(hào)是一個(gè)連續(xù)不間斷的信號(hào)，該信號(hào)在衛(wèi)星發(fā)射時(shí)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(hào)氣象衛(wèi)星發(fā)射的遙測信號(hào)的頻率為1702. 5MHz,因此，天線10的接 收頻率于此對(duì)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(hào)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(hào)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(hào)的頻率小 15M，目前廣泛使用的風(fēng)云二號(hào)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(hào)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(hào)氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)遙測信號(hào)作 為信標(biāo)。具有以下優(yōu)點(diǎn)，第一，與GPS信號(hào)比較，由于是靜止氣象衛(wèi)星信號(hào)，其閃爍的變化 只包含時(shí)間因素；第二，與衛(wèi)星電視信號(hào)比較，由于遙測信號(hào)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(hào)的原始相位，剔除調(diào)制信號(hào)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(hào)氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)遙測信號(hào)進(jìn)行電離層閃爍監(jiān)測同時(shí) 具有利用GPS信號(hào)及衛(wèi)星電視信號(hào)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(hào)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(duì)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(duì)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(duì)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(hào)幅度及相位信息采集單元、數(shù)字信號(hào)處理器和計(jì)算機(jī)，所述信號(hào)幅度及相位信息采集單元包括有信號(hào)幅度信息采集子單元和信號(hào)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(hào)處理器設(shè)置有信號(hào)幅度信息輸入端和信號(hào)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(hào)，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(hào)幅度信息采集子單元輸入端聯(lián)接，所述信號(hào)幅度信息采集子單元輸出端與所述數(shù)字信號(hào)處理器的信號(hào)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(hào)相位信息采集子單元輸入端聯(lián)接，所述信號(hào)相位信息采集子單元輸出端與所述數(shù)字信號(hào)處理器的信號(hào)相位信息輸入端聯(lián)接，所述數(shù)字信號(hào)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(dòng)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(hào)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(hào)處理器的信號(hào)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(hào)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(hào)處理器的信號(hào)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(hào)處理 器包括有信號(hào)幅度信息處理單元和信號(hào)相位信息處理單元，所述信號(hào)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(hào)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(hào)單元、復(fù)現(xiàn)信 號(hào)的原始相位單元和剔除被調(diào)制信號(hào)成分單元，所述剔除被調(diào)制信號(hào)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(hào)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(hào)單元輸入 端聯(lián)接，所述再生被調(diào)制信號(hào)單元輸出端與所述復(fù)現(xiàn)信號(hào)的原始相位單元輸入端聯(lián)接，所 述復(fù)現(xiàn)信號(hào)的原始相位單元輸出端與所述剔除被調(diào)制信號(hào)成分單元的第二輸入端聯(lián)接，所 述剔除被調(diào)制信號(hào)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(hào)氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)遙測信號(hào)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(hào)，包括設(shè)置有天線、高頻放大器、第一中頻放大器、信號(hào)幅度及相位信息采集單元、數(shù)字信號(hào)處理器和計(jì)算機(jī)，信號(hào)幅度及相位信息采集單元包括有信號(hào)幅度信息采集子單元和信號(hào)相位信息采集子單元。天線接收的衛(wèi)星信號(hào)，依次經(jīng)高頻放大器、第一中頻放大器處理后輸入信號(hào)幅度及相位信息采集單元處理后經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理器處理獲得信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)處理簡單、監(jiān)測效果優(yōu)良的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B7/185GK201656981SQ201020000779
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)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(qǐng)人:國家衛(wèi)星氣象中心;廣州氣象衛(wèi)星地面站