本發(fā)明涉及電離層無(wú)線探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種收發(fā)共用一套天線的新體制電離層測(cè)高設(shè)備。

背景技術(shù)：

電離層測(cè)高儀垂直向上發(fā)射頻率隨時(shí)間變化的無(wú)線電脈沖，在同一地點(diǎn)接收這些脈沖的電離層反射信號(hào)，測(cè)量出電波往返的傳輸時(shí)延，從而獲得反射高度與頻率的關(guān)系曲線，這種曲線稱(chēng)為頻高圖。

目前廣泛應(yīng)用的電離層測(cè)高儀主要有澳大利亞的 IPS-71、加拿大的CADI、意大利的AIS－NGV、美國(guó)的DPS-4D、中科院的CAS－DIS以及中國(guó)電波傳播研究所研制的TYC-1測(cè)高儀等，以上測(cè)高儀收發(fā)天線分開(kāi)放置，其中發(fā)射天線采用Delta天線，接收天線大多采用正交Delta天線，也有采用對(duì)稱(chēng)折合陣子天線、有源交叉環(huán)天線等，探測(cè)信號(hào)形式采用脈沖相位編碼，主要有16位互補(bǔ)碼或13位巴克碼。

現(xiàn)有的電離層測(cè)高儀接收、發(fā)射天線分開(kāi)放置，為了避免或減少二者間的相互影響，要求收發(fā)天線間相距一定的距離，這樣不但增加天線場(chǎng)的使用面積，而且對(duì)天線的架設(shè)場(chǎng)地也提出了要求。另外，采用脈沖相位編碼造成帶外雜散過(guò)大，惡化周?chē)碾姶怒h(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種收發(fā)共用一套天線的新體制電離層測(cè)高儀。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種新體制電離層測(cè)高儀，其改進(jìn)之處在于：所述的測(cè)高儀包括收發(fā)共用天線、快速收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、接收通道、發(fā)射通道、定時(shí)器、時(shí)統(tǒng)控制器、信號(hào)處理及顯控終端、電源；其中快速收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)根據(jù)定時(shí)器的定時(shí)信號(hào)進(jìn)行收發(fā)共用天線的接收、發(fā)射切換，當(dāng)發(fā)射狀態(tài)時(shí)，發(fā)射通道輸出的大功率探測(cè)信號(hào)接入收發(fā)共用天線，當(dāng)接收狀態(tài)時(shí)，收發(fā)共用天線的回波信號(hào)饋入接收通道；時(shí)統(tǒng)控制器為定時(shí)器提供同步秒脈沖和高穩(wěn)定時(shí)鐘，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)處理及顯控終端進(jìn)行授時(shí)；信號(hào)處理及顯控終端用于完成對(duì)接收通道的回波信號(hào)處理及數(shù)據(jù)顯示；電源為測(cè)高儀各個(gè)組件供電。

進(jìn)一步的，收發(fā)共用天線采用正交Delta 天線，天線架高不低于30 米。

進(jìn)一步的，快速收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為雙通道快速收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，由能通過(guò)400W大功率信號(hào)的高耐壓PIN管實(shí)現(xiàn)，收發(fā)轉(zhuǎn)換速率不大于15μs。

進(jìn)一步的，接收通道主要由預(yù)選器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字下變頻器和基帶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成，回波信號(hào)通過(guò)預(yù)選器，對(duì)帶外的干擾噪聲進(jìn)行抑制，然后輸入到放大器，放大器由低噪放大器、可調(diào)增益放大器組成，增益調(diào)整范圍為0dB至31dB，放大信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器調(diào)理電路進(jìn)行抗混疊濾波和單端差分變換后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入到數(shù)字下變頻器進(jìn)行下變頻、濾波和抽取處理，輸出數(shù)據(jù)速率為200kHz/s，輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于基帶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)。

進(jìn)一步的，發(fā)射通道主要由探測(cè)信號(hào)產(chǎn)生器、數(shù)字上變頻器、濾波器、功率放大器和諧波濾波器組成，探測(cè)信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生的探測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字上變頻器進(jìn)行上變頻和濾波器濾波，輸入到功率放大器，功率放大器經(jīng)過(guò)多級(jí)放大，輸出200W功率，諧波濾波器對(duì)功率放大信號(hào)進(jìn)行諧波抑制。

進(jìn)一步的，探測(cè)信號(hào)采用20位互補(bǔ)碼。

進(jìn)一步的，定時(shí)器由FPGA和時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片組成，實(shí)現(xiàn)探測(cè)時(shí)序的控制和定時(shí)信號(hào)的產(chǎn)生，其產(chǎn)生的定時(shí)信號(hào)包括快速收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換信號(hào)、諧波濾波器和預(yù)選器波段切換信號(hào)、功率放大器的鍵控信號(hào)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字上變頻器的時(shí)鐘信號(hào)、數(shù)字下變頻器的同步復(fù)位信號(hào)。

進(jìn)一步的，時(shí)統(tǒng)控制器接收北斗導(dǎo)航信號(hào)，通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行授時(shí)和頻率校準(zhǔn)；連接其網(wǎng)口可進(jìn)行NTP校時(shí)。

進(jìn)一步的，電源輸入AC 220V，輸出兩路AC 220V，輸出三路直流電源分別為信號(hào)處理及顯控終端、接收通道、發(fā)射通道和快速收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)供電，并可以通過(guò)遙控接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明所公開(kāi)的新體制電離層測(cè)高儀，利用快速收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，使接收、發(fā)射通道共用一副正交Delta天線進(jìn)行電離層垂直探測(cè)，探測(cè)信號(hào)采用20位互補(bǔ)碼，在產(chǎn)生探測(cè)信號(hào)時(shí)，采用濾波技術(shù)有效降低帶外雜散。

本發(fā)明所公開(kāi)的新體制電離層測(cè)高儀，收發(fā)共用一套正交天線，省掉一套接收天線，降低天線成本；收發(fā)共用一套正交天線，減小天線占地面積，節(jié)約土地成本；收發(fā)共用一套正交天線，可以降低發(fā)射功率，減小對(duì)周?chē)h(huán)境的電磁污染。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所公開(kāi)的新體制電離層測(cè)高儀的組成框圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所公開(kāi)新體制電離層測(cè)高儀的垂直探測(cè)時(shí)序圖；

圖3a—3f是使用本發(fā)明實(shí)施例1所公開(kāi)的新體制電離層測(cè)高儀獲得的電離圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1，如圖1所示，本實(shí)施例公開(kāi)了一種新體制電離層測(cè)高儀，所述的測(cè)高儀包括收發(fā)共用天線、快速收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、接收通道、發(fā)射通道、定時(shí)器、時(shí)統(tǒng)控制器、信號(hào)處理及顯控終端、電源；其中快速收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)根據(jù)定時(shí)器的定時(shí)信號(hào)進(jìn)行收發(fā)共用天線的接收、發(fā)射切換，當(dāng)發(fā)射狀態(tài)時(shí)，發(fā)射通道輸出的大功率探測(cè)信號(hào)接入收發(fā)共用天線，當(dāng)接收狀態(tài)時(shí)，收發(fā)共用天線的回波信號(hào)饋入接收通道；定時(shí)器產(chǎn)生各種定時(shí)信號(hào)控制測(cè)高儀按照一定時(shí)序同步工作；時(shí)統(tǒng)控制器為定時(shí)器提供同步秒脈沖和高穩(wěn)定時(shí)鐘，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)處理及顯控終端進(jìn)行授時(shí)；信號(hào)處理及顯控終端用于完成對(duì)接收通道的回波信號(hào)處理及數(shù)據(jù)顯示，其中回波信號(hào)處理包括干擾抑制、脈沖壓縮、極化分離、信息提取和自動(dòng)判圖等，均可在上位機(jī)軟件中完成；電源為測(cè)高儀各個(gè)組件供電。

在本實(shí)施例中，收發(fā)共用天線采用正交Delta 天線，天線架高不低于30 米。

在本實(shí)施例中，快速收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為雙通道快速收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，由能通過(guò)400W大功率信號(hào)的高耐壓PIN管實(shí)現(xiàn)，可以較好的實(shí)現(xiàn)收發(fā)隔離，收發(fā)轉(zhuǎn)換速率不大于15μs。

在本實(shí)施例中，接收通道主要由預(yù)選器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)字下變頻器（DDC）和基帶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成，回波信號(hào)通過(guò)預(yù)選器，對(duì)帶外的干擾噪聲進(jìn)行抑制，然后輸入到放大器，放大器由低噪放大器、可調(diào)增益放大器組成，既滿足噪聲系數(shù)要求，又提高接收通道動(dòng)態(tài)范圍，增益調(diào)整范圍為0dB至31dB，放大信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器調(diào)理電路進(jìn)行抗混疊濾波和單端差分變換后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入到數(shù)字下變頻器進(jìn)行下變頻、濾波和抽取處理，輸出數(shù)據(jù)速率為200kHz/s，輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于基帶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)。

在本實(shí)施例中，發(fā)射通道主要由探測(cè)信號(hào)產(chǎn)生器、數(shù)字上變頻器（DUC）、濾波器、功率放大器和諧波濾波器組成，探測(cè)信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生的探測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字上變頻器進(jìn)行上變頻和濾波器濾波，輸入到功率放大器，功率放大器經(jīng)過(guò)多級(jí)放大，輸出200W功率，諧波濾波器對(duì)功率放大信號(hào)進(jìn)行諧波抑制，減少諧波對(duì)環(huán)境的影響。

在本實(shí)施例中，探測(cè)信號(hào)采用20位互補(bǔ)碼。

在本實(shí)施例中，定時(shí)器由FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）和時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片組成，實(shí)現(xiàn)探測(cè)時(shí)序的控制和定時(shí)信號(hào)的產(chǎn)生，其產(chǎn)生的定時(shí)信號(hào)包括快速收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換信號(hào)、諧波濾波器和預(yù)選器波段切換信號(hào)、功率放大器的鍵控信號(hào)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字上變頻器的時(shí)鐘信號(hào)、數(shù)字下變頻器的同步復(fù)位信號(hào)。

在本實(shí)施例中，時(shí)統(tǒng)控制器連接室外的北斗衛(wèi)星天線，接收北斗導(dǎo)航信號(hào)，通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行授時(shí)和頻率校準(zhǔn)，輸出高精度的秒脈沖和時(shí)鐘信號(hào)；連接其網(wǎng)口可進(jìn)行NTP校時(shí)。

在本實(shí)施例中，電源輸入AC 220V，輸出兩路AC 220V，輸出三路直流電源分別為信號(hào)處理及顯控終端、接收通道、發(fā)射通道和快速收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)供電，并可以通過(guò)遙控接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)。

在本實(shí)施例中，信號(hào)處理及顯控終端實(shí)現(xiàn)測(cè)高儀的控制、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)交互和遠(yuǎn)程遙控等功能。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所公開(kāi)新體制電離層測(cè)高儀的垂直探測(cè)時(shí)序圖。

圖3a—3f是使用本發(fā)明實(shí)施例1所公開(kāi)的新體制電離層測(cè)高儀在新疆測(cè)試時(shí)獲得的電離圖，圖中的描跡為O波和X波，右上角為觀測(cè)時(shí)間(UTC)，橫坐標(biāo)表示掃頻頻率(MHz)，縱坐標(biāo)表示探測(cè)虛高(km)。