CN215067347U - 电离层主动探测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电离层主动探测系统，所述系统包括：信号发射装置，包括天线模块，所述天线模块用于发射第一发射射频信号、第二发射射频信号；接收装置，设置在地面，包括第一接收机、第二接收机，所述第一接收机用于对所述第一接收射频信号进行处理，并输出经处理后的第一接收射频信号，所述第二接收机用于对所述第二接收射频信号进行处理，并输出经处理后的第二接收射频信号，信号处理装置，用于：根据所述经处理后的第一接收射频信号及所述经处理后的第二接收射频信号确定电离层的变化信息。本实用新型实施例可以得到确定电离层的变化信息，以实现对电离层的快速、实时、准确测量。

Description

电离层主动探测系统

技术领域

本实用新型涉及空间探测技术领域，尤其涉及一种电离层主动探测系统。

背景技术

电离层(Ionosphere)是地球大气的一个电离区域，是受太阳高能辐射以及宇宙线的激励而电离的大气高层。在太阳紫外线、X射线、Y射线和高能粒子等作用下，电离层中的中性气体分子被电离，产生大量的自由电子和正负离子，从而形成了一个电离区域。信号在穿过电离层时，其传播速度会发生变化，变化的程度主要取决于电离层中的电子密度和信号频率，其传播路径也会略微弯曲，从而使得信号的传播时间乘上真空的光速后所得到的距离不等于信号至接收机的几何距离。电离层的变化参数是重要的空间天气监测数据，在通信保障、空间环境等方面起着重要的作用，因此，实现对电离层的快速、实时、准确测量具有重要意义。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种电离层主动探测系统，以实现对电离层的变化参数的快速、实时、准确测量，所述系统包括：

信号发射装置，设置在距离电离层上预设高度的空间飞行器平台上，所述信号发射装置包括天线模块，所述天线模块用于发射第一发射射频信号、第二发射射频信号，其中，所述第一发射射频信号和所述第二发射射频信号为幅度、频率、相位相等、且正交的标准线极化波，其中，所述天线模块包括多个天线、多个支撑组件，支撑组件用于支撑天线；

接收装置，设置在地面，包括第一接收机、第二接收机，所述第一接收机包括第一极化天线，所述第二接收机包括第二极化天线，其中，

所述第一极化天线用于接收第一接收射频信号，所述第二极化天线用于接收第二接收射频信号，

所述第一接收机用于对所述第一接收射频信号进行处理，并输出经处理后的第一接收射频信号，

所述第二接收机用于对所述第二接收射频信号进行处理，并输出经处理后的第二接收射频信号，

其中，所述第一接收射频信号为所述第一发射射频信号经过电离层后的射频信号，所述第二接收射频信号为所述第二发射射频信号经过电离层后的射频信号；

信号处理装置，电连接于所述接收装置，用于：

根据所述经处理后的第一接收射频信号及所述经处理后的第二接收射频信号确定电离层的变化信息。

在一种可能的实施方式中，所述信号发射装置还包括：

信号产生模块，包括第一信号产生单元、第二信号产生单元，所述第一信号产生单元的输出端用于输出所述第一发射射频信号，所述第二信号产生单元用于输出所述第二发射射频信号；

开关模块，包括第一可控微波开关、第二可控微波开关，所述第一可控微波开关的第一端电连接于所述第一信号产生单元的输出端，所述第二可控微波开关的第一端电连接于所述第二信号产生单元的输出端，所述第一可控微波开关、所述第二可控微波开关分别用于在被导通时输出所述第一发射射频信号及所述第二发射射频信号；

其中，所述天线模块中的天线包括第一发射天线、第二发射天线，所述第一发射天线与所述第二发射天线正交，所述第一发射天线电连接于所述第一可控微波开关的第二端，所述第二发射天线电连接于所述第二可控微波开关的第二端，分别用于接收并发射所述第一可控微波开关、所述第二可控微波开关传来的第一发射射频信号、第二发射射频信号，其中，所述第一发射天线朝向太阳，所述第二发射天线与太阳平行。

在一种可能的实施方式中，所述第一信号产生单元、所述第二信号产生单元均包括数字信号处理器、程控数字信号合成器、滤波器、隔离器及功率放大器，其中，

所述数字信号处理器的输出端电连接于所述程控数字信号合成器的输入端，所述数字信号处理用于输出发射射频信号产生信息，所述发射射频信号产生信息包括频率、相位、幅度；

所述程控数字信号合成器的输出端电连接于所述滤波器的输入端，所述程控数字信号合成器用于根据所述发射射频信号产生信息产生初始发射射频信号，

所述滤波器的输出端电连接于所述隔离器的输入端，所述滤波器用于对所述初始发射射频信号进行滤波，输出滤波后的初始发射射频信号，

所述隔离器的输出端电连接于所述功率放大器的输入端，所述隔离器用于对滤波后的初始发射射频信号进行输出匹配，输出匹配后的初始发射射频信号，

所述功率放大器用于根据所述匹配后的初始发射射频信号输出功率放大后的发射射频信号。

在一种可能的实施方式中，所述天线模块还包括至少一个调整组件，所述调整组件用于根据控制信号调整所述天线模块中的天线的伸缩长度，以使得天线在发射信号时匹配到目标发射效率。

在一种可能的实施方式中，所述第一极化天线及所述第二极化天线为正交极化天线，所述第一接收机及所述第二接收机具有相同的相频响应及幅频响应。

在一种可能的实施方式中，所述第一接收机及所述第二接收机均包括：

第一放大器，输入端电连接于极化天线，用于对接收射频信号进行第一级放大，输出经第一级放大后的接收射频信号；

第一带通滤波器，输入端电连接于所述第一放大器的输出端，用于对所述经第一级放大后的接收射频信号进行第一次带通滤波，输出经第一次带通滤波后的接收射频信号，

第二放大器，输入端电连接于所述第一带通滤波器的输出端，用于对带通滤波后的接收射频信号进行第二级放大，输出经第二级放大后的接收射频信号；

第二带通滤波器，输入端电连接于所述第二放大器的输出端，用于对经第二级放大后的接收射频信号进行第二次带通滤波，得到经第二次带通滤波后的接收射频信号；

第三放大器，输入端电连接于所述第二带通滤波器的输出端，用于对经第二次带通滤波后的接收射频信号进行第三级放大，输出经第三级放大后的接收射频信号，即经处理后的射频接收信号。

在一种可能的实施方式中，所述信号处理装置包括第一信号处理单元、第二信号处理单元，其中，

所述第一信号处理单元的第一输入端、第二输入端分别电连接于所述第一接收机及所述第二接收机的输出端，分别用于接收所述第一接收机输出的经处理后的第一射频接收信号、所述第二接收机输出的经处理后的第二射频接收信号，

所述第一信号处理单元用于：对经处理后的第一射频接收信号及经处理后的第二射频接收信号进行模数转换，得到与经处理后的第一射频接收信号对应的第一数字信号及与经处理后的第二射频接收信号对应的第二数字信号，

所述第二信号处理单元的输入端电连接于所述第一信号处理单元的输出端，用于：根据所述第一数字信号、所述第二数字信号确定电离层的变化信息。

在一种可能的实施方式中，所述第二信号处理单元，包括：

信号产生子单元，用于生成中间信号，其中，所述中间信号的频率与所述第一发射射频信号、所述第二发射射频信号的频率相同；

信号合成子单元，用于根据所述第一数字信号得到第一旋向信号，根据所述第二数字信号得到第二旋向信号，所述第一旋向信号与所述第二旋向信号的相位不同；

乘法子单元，用于将所述中间信号与所述第一旋向信号及所述第二旋向信号分别相乘，得到第一乘法信号及第二乘法信号；

滤波子单元，用于将所述第一乘法信号及所述第二乘法信号进行低通滤波，并根据滤波后的所述第一乘法信号及所述第二乘法信号得到所述相位关系。

在一种可能的实施方式中，所述信号产生子单元，包括：

数字压控振荡器，用于根据所述第一发射射频信号及所述第二发射射频信号的频率生成所述中间信号。

在一种可能的实施方式中，所述空间飞行器平台包括卫星，

所述电离层的变化信息包括等离子体频率变化量、电子密度。

本实用新型实施例提出的电离层主动探测系统中，信号发射装置可以主动发射幅度、频率、相位相等、且正交的第一发射射频信号、第二发射射频信号，收装置接收所述第一发射射频信号经过电离层后的第一接收射频信号、所述第二发射射频信号经过电离层后的第二接收射频信号，并对第一接收射频信号、第二接收射频信号进行处理，输出经处理后的第一接收射频信号及经处理后的第二接收射频信号，信号处理装置根据所述经处理后的第一接收射频信号及所述经处理后的第二接收射频信号得到确定电离层的变化信息，以实现对电离层的快速、实时、准确测量。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本实用新型的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本实用新型的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本实用新型的原理。

图1示出了根据本实用新型一实施例的电离层主动探测系统的示意图。

图2示出了根据本实用新型一实施例的电离层主动探测系统的示意图。

图3示出了根据本实用新型一实施例的信号发射装置的示意图。

图4示出了根据本实用新型一实施例的接收装置、信号处理装置的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本实用新型的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本实用新型，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。

请参阅图1，图1示出了根据本实用新型一实施例的电离层主动探测系统的示意图。

如图1所示，所述系统包括：

信号发射装置10，设置在距离电离层上预设高度的空间飞行器平台上，所述信号发射装置包括天线模块130，用于发射第一发射射频信号、第二发射射频信号，其中，所述第一发射射频信号和所述第二发射射频信号为幅度、频率、相位相等、且正交的标准线极化波，其中，所述天线模块包括多个天线、多个支撑组件，支撑组件用于支撑天线；

接收装置20，设置在地面，包括第一接收机210、第二接收机220，所述第一接收机210包括第一极化天线2110所述第二接收机220包括第二极化天线2111，其中，

所述第一极化天线2110用于接收第一接收射频信号，所述第二极化天线2111用于接收第二接收射频信号，

所述第一接收机210用于对所述第一接收射频信号进行处理，并输出经处理后的第一接收射频信号，

所述第二接收机220用于对所述第二接收射频信号进行处理，并输出经处理后的第二接收射频信号，

其中，所述第一接收射频信号为所述第一发射射频信号经过电离层后的射频信号，所述第二接收射频信号为所述第二发射射频信号经过电离层后的射频信号；

信号处理装置30，电连接于所述接收装置20，用于：

根据所述经处理后的第一接收射频信号及所述经处理后的第二接收射频信号确定电离层的变化信息。

本实用新型实施例提出的电离层主动探测系统中，信号发射装置可以主动发射幅度、频率、相位相等、且正交的第一发射射频信号、第二发射射频信号，收装置接收所述第一发射射频信号经过电离层后的第一接收射频信号、所述第二发射射频信号经过电离层后的第二接收射频信号，并对第一接收射频信号、第二接收射频信号进行处理，输出经处理后的第一接收射频信号及经处理后的第二接收射频信号，信号处理装置根据所述经处理后的第一接收射频信号及所述经处理后的第二接收射频信号得到确定电离层的变化信息，以实现对电离层的快速、实时、准确测量。

应该说明的是，本实用新型实施例提出的电离层主动探测系统的各个装置、各个装置中的各个模块或组成部件，均可以通过硬件电路实现其功能。

在一种可能的实施方式中，所述空间飞行器平台包括卫星，所述电离层的变化信息包括等离子体频率变化量、电子密度等。

下面对所述系统的各个装置的可能实现方式进行示例性介绍。

请参阅图2，图2示出了根据本实用新型一实施例的电离层主动探测系统的示意图。

请参阅图3，图3示出了根据本实用新型一实施例的信号发射装置的示意图。

在一种可能的实施方式中，如图2及图3所示，所述信号发射装置10可以包括：

信号产生模块110，可以包括第一信号产生单元1100、第二信号产生单元1110，所述第一信号产生单元1100的输出端用于输出所述第一发射射频信号，所述第二信号产生单元1110用于输出所述第二发射射频信号；

开关模块120，可以包括第一可控微波开关1201、第二可控微波开关1202，所述第一可控微波开关1201的第一端电连接于所述第一信号产生单元1100的输出端，所述第二可控微波开关1202的第一端电连接于所述第二信号产生单元1110的输出端，所述第一可控微波开关1201、所述第二可控微波开关1202分别用于在被导通时输出所述第一发射射频信号及所述第二发射射频信号；

天线模块130，所述天线模块可以包括第一发射天线1301、第二发射天线1302，所述第一发射天线1301与所述第二发射天线1302正交，所述第一发射天线1301电连接于所述第一可控微波开关1201的第二端，所述第二发射天线1302电连接于所述第二可控微波开关1202的第二端，所述第一发射天线1301与所述第二发射天线1302分别用于接收并发射所述第一可控微波开关1201、所述第二可控微波开关1202传来的第一发射射频信号、第二发射射频信号，其中，所述第一发射天线1301朝向太阳，所述第二发射天线1302与太阳平行。

在一种可能的实施方式中，所述第一信号产生单元1100、所述第二信号产生单元1110均可以包括数字信号处理器1101、程控数字信号合成器1102、滤波器1103、隔离器1104及功率放大器1105，其中，

所述数字信号处理器1101的输出端电连接于所述程控数字信号合成器的输入端，所述数字信号处理器1101用于输出发射射频信号产生信息，所述发射射频信号产生信息包括频率、相位、幅度等；

所述程控数字信号合成器1102的输出端电连接于所述滤波器1103的输入端，所述程控数字信号合成器1102用于根据所述发射射频信号产生信息产生初始发射射频信号，

所述滤波器1103的输出端电连接于所述隔离器1104的输入端，所述滤波器1103用于对所述初始发射射频信号进行滤波，输出滤波后的初始发射射频信号，

所述隔离器1104的输出端电连接于所述功率放大器1105的输入端，所述隔离器1104用于对滤波后的初始发射射频信号进行输出匹配，输出匹配后的初始发射射频信号，

所述功率放大器1105用于根据所述匹配后的初始发射射频信号输出功率放大后的发射射频信号。

在一个示例中，数字信号处理器可以采用通用硬件电路结合可执行逻辑实现，例如，数字信号处理器可以包括可编程门阵列FPGA、单片机、中央处理器CPU、微处理器MCU、数字信号处理单元DSP等，本实用新型实施例对数字信号处理器的具体类型、实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据需要确定，并利用相关技术实现。

本实用新型实施对程控数字信号合成器的具体实现方式也不做限定，本领域技术人员可以根据相关技术实现。

在一个示例中，数字信号处理器可以通过串行外设接口SPI向程控数字信号合成器发送射频信号产生信息。

在一个示例中，信号产生装置还可以包括存储器，用于存储射频信号产生信息或其他数据，数字信号处理器可以获取存储器中的射频信号产生信息并通过SPI总线或其他类型的总线通信方式将其发送到程控数字信号合成器。

其中，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

在一个示例中，当程控数字信号合成器接收到射频信号产生信息时，可以产生与射频信号产生信息对应的射频信号。

在一个示例中，程控数字信号合成器可以产生最高2GHz、相位精度到10^-8度的高精度信号，覆盖了大部分对电离层敏感的信号。同时与全球导航卫星系统GNSS系统在L波段的双频测量(1.3-16GHz)形成互补。

应该说明的是，本实用新型实施例的程控数字信号合成器可以产生多种不同频率的射频信号，对于产生的射频信号的具体频率、相位、幅度等信息，本实用新型实施例不做限定，本领域技术人员可以根据需要设置，以实现多种精度的数据的测量。

应该明白的是，虽然本实用新型实施例在两个信号产生单元都设置了数字信号处理器、程控数字信号合成器等，但是本实用新型实施例不限于此，在其他的实施方式中，两个信号产生单元可以共用一个组数字信号处理器、程控数字信号合成器，例如，当数字信号处理器根据配置信息或接收的控制信息产生射频信号产生信息并发送到程控数字信号合成器时，程控数字信号合成器可以产生两路射频信号，该两路射频信号的频率、相位、幅度完全相同。

本实用新型实施例通过设置发射的两路射频信号的频率、相位、幅度完全相同，可以满足测量需求，提高电离层的参数的测量精度。

在一个示例中，滤波器1103可以为低通滤波器，通过低通滤波器对程控数字信号合成器产生的射频信号进行滤波，可以滤除高频杂散噪声，以提高测量精度。

在一个示例中，隔离器可以对滤波后的射频信号进行输出匹配，减少从前端到后端的信号反射，提高信号传输效率，本实用新型实施例对隔离器的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据需要选择相关技术中的隔离器实现。

在一个示例中，功率放大器可以将输入的射频信号进行功率放大，以提高射频信号的发射距离，从而提高电离层参数测量的效率。

在一个示例中，可控微波开关可以接收控制信号或配置信息选择导通的方向，建立对应的电连接关系，例如，在本实用新型实施例中，可以设置可控微波开关的两端固定连接于功率放大器的输出及发射天线，从而将功率放大器输出的射频信号传输到发射天线上，以利用发射天线实现对射频信号的发射；在其他的实施例中，所述信号发射装置还可以包括其他的单元，例如还可以包括信号接收单元，由于天线既可以用于发射信号，也可以用于接收信号，因此，可以设置信号接收单元(如接收机)，当需要接收射频信号时，可控微波开关可以根据配置信息或者控制信号建立接收机与天线(此时为接收天线)的连接关系，以将天线接收的射频信号传输到信号接收单元中。

当然，所述装置还可以包括其他或更多的单元，以实现对应的功能，对此本实用新型实施例不做限定。

本实用新型实施对可控微波开关的类型、具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据需要确定。

本实用新型实施例通过可控微波开关可以实现装置的多种连接方式，将天线连接到不同的单元，以实现功能扩展，可以提高可扩展性、环境适应性及灵活性。

在一种可能的实施方式中，所述天线模块还可以包括至少一个调整组件，所述调整组件用于根据控制信号调整所述天线模块中的天线的伸缩长度，以使得天线在发射信号时匹配到目标发射效率。例如，天线在某一频率上的最佳谐振长度等于该频率对应波长的1/2，为此，本实用新型实施例可以通过调整组件调节振子天线长度，使得天线具有同步匹配不同发射信号最佳长度。

在一个示例中，调整组件可以包括电机、伸缩杆或其他器件、机构，以根据控制信号或根据程控数字信号合成器产生的射频信号的频率将天线的伸缩长度调整为目标长度(与发射频率匹配的谐振长度)，对于调整组件的具体实现方式，本实用新型实施例不做限定。

在一种可能的实施方式中，第一发射天线、第二发射天线可以为正交(90°)天线，第一发射射频信号与第二发射射频信号同频同相，因此，在经过第一发射天线、第二发射天线发射后，第一发射射频信号与第二发射射频信号在空间中形成为标准线极化波，通过这样的设置，本实用新型实施例可以实现对电离层参数的快速、准确测量。

请参阅图4，图4示出了根据本实用新型一实施例的接收装置、信号处理装置的示意图。

在一种可能的实施方式中，如图2及图4所示，所述第一接收机所述第二接收机均还可以包括：

第一放大器2112，输入端电连接于接收天线，用于对接收射频信号进行第一级放大，输出经第一级放大后的接收射频信号；

第一带通滤波器2113，输入端电连接于所述第一放大器2112的输出端，用于对所述经第一级放大后的接收射频信号进行第一次带通滤波，输出经第一次带通滤波后的接收射频信号，

第二放大器2114，输入端电连接于所述第一带通滤波器2113的输出端，用于对带通滤波后的接收射频信号进行第二级放大，输出经第二级放大后的接收射频信号；

第二带通滤波器2115，输入端电连接于所述第二放大器2114的输出端，用于对经第二级放大后的接收射频信号进行第二次带通滤波，得到经第二次带通滤波后的接收射频信号；

第三放大器2116，输入端电连接于所述第二带通滤波器2115的输出端，用于对经第二次带通滤波后的接收射频信号进行第三级放大，输出经第三级放大后的接收射频信号，即经处理后的射频接收信号。

在一个示例中，第一放大器可以可根据当地无线电环境的具体情况设置增益、动态范围等参数，以防止饱和。

在一个示例中，第二放大器、第三放大器可以用于进一步提高链路增益。

本实用新型实施例对第一放大器、第二放大器、第三放大器的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据需要选择相关技术中的放大器实现，本实用新型实施例对第一放大器、第二放大器、第三放大器的具体增益也不作限定，本领域技术人员可以根据实际需要设置。

在一个示例中，第一带通滤波器、第二带通滤波器可以用于抑制通带外的干扰，防止放大器饱和，对于两个带通滤波器的具体实现方式，本实用新型实施例不做限定，本领域技术人员可以根据实际需要选择相关技术中的带通滤波器实现，本实用新型实施例对第一带通滤波器、第二带通滤波器的通带也不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况或需要设置。

两路射频接收信号经过多级放大、滤波后，提高了增益、且滤除了噪声，后续在利用处理后的两路射频接收信号确定电离层的参数时，可以进一步提高测量的准确度、效率。

在一种可能的实施方式中，如图4所示，所述信号处理装置可以包括第一信号处理单元310、第二信号处理单元320，其中，

所述第一信号处理单元310的第一输入端、第二输入端分别电连接于所述第一接收机210及所述第二接收机220的输出端，分别用于接收所述第一接收机210输出的经处理后的第一射频接收信号、所述第二接收机220输出的经处理后的第二射频接收信号，所述第一信号处理单元310用于：对经处理后的第一射频接收信号及经处理后的第二射频接收信号进行模数转换，得到与经处理后的第一射频接收信号对应的第一数字信号及与经处理后的第二射频接收信号对应的第二数字信号，

所述第二信号处理单元320的输入端电连接于所述第一信号处理单元310的输出端，用于：根据所述第一数字信号、所述第二数字信号确定电离层的变化信息。

在一个示例中，第一信号处理单元可以利用模数转换器实现，也可以采用其他器件，如捷变收发器实现，以捷变收发器为例，捷变收发器具有较宽的带宽输入范围，例如，本实用新型实施例可以采用捷变收发器A或捷变收发器B实现模数转换，表1示出了捷变收发器A或捷变收发器B的参数。

表1

如表1所示，捷变收发器A可以实现70MHz-6GHz带内任意200kHz-56MHz带宽内信号的观测、转换，捷变收发器B可以实现300MHz-6GHz z带内任意8MHz-100MHz带宽内信号的观测、转换。

以上对第一信号处理单元的描述是示例性的，不应视为是对本实用新型的限定，本领域技术人员可以采用其他器件实现模数转换。

在一个示例中，第二信号处理单元可以包括可编程门阵列FPGA、数字信号处理单元DSP、中央处理器CPU等通用硬件电路实现，第二信号处理单元可以通过SPI总线或其他通信方式与第一信号处理单元通信。

在一个示例中，信号处理装置可以与外部的控制设备(如计算机、服务器等)连接，可以接收控制设备传输的指令、数据(如卫星传输频点、带宽、滤波器参数、中心频率等)，以实现对电离层参数的确定。

在一种可能的实施方式中，所述第二信号处理单元，还可以包括：

信号产生子单元，用于生成中间信号，其中，所述中间信号的频率与所述第一发射射频信号、所述第二发射射频信号的频率相同；

信号合成子单元，用于根据所述第一数字信号得到第一旋向信号，根据所述第二数字信号得到第二旋向信号，所述第一旋向信号与所述第二旋向信号的相位不同；

乘法子单元，用于将所述中间信号与所述第一旋向信号及所述第二旋向信号分别相乘，得到第一乘法信号及第二乘法信号；

滤波子单元，用于将所述第一乘法信号及所述第二乘法信号进行低通滤波，并根据滤波后的所述第一乘法信号及所述第二乘法信号得到所述相位关系。

在一种可能的实施方式中，所述信号产生子单元，包括：

数字压控振荡器，用于根据所述第一发射射频信号及所述第二发射射频信号的频率生成所述中间信号。

在一个示例中，第一旋向信号、第二旋向信号都为圆极化信号。

在一个示例中，信号产生子单元还通过其他硬件电路实现，本实用新型实施例对信号产生子单元的具体实现方式不做限定，本领域人员可以根据相关技术实现。

在一个示例中，信号合成子单元可以采用数字电路实现，如可以包括信号合成器，本实用新型实施例对信号合成子单元的具体实现方式不做限定，本领域人员可以根据相关技术实现。

在一个示例中，乘法子单元可以包括乘法器。

在一个示例中，滤波子单元可以包括滤波器，如FIR(Finite Impulse Response)滤波器，本实用新型实施例可以利用FIR低通滤波器对第一乘法信号、第二乘法信号进行滤波，滤波得到的低频部分包括第一旋向信号、第二旋向信号相对于标准信号的目标相位关系，因此，根据滤波得到的低频部分可以得到所述目标相位关系。

应该说明的是，本实用新型实施例对根据滤波得到的低频部分可以得到所述目标相位关系的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据相关技术实现。

应该说明的是，本实用新型实施例对根据所述目标相位关系确定电离层的变化信息的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据相关技术确定。

本实用新型实施例提出的电离层主动探测系统，能够探测在极轨卫星上采用主动多信标(1GHz以下频段)正交极化发射源及一个标准参考信标，在地基建立相应极化的接收天线阵，采用多地分布式探测，在卫星过境期间，测量其不同发射信号在相位、幅值、极化三个参数的测量，结合当前航天器的高度、姿态以及相对位置等信息，反演计算得到不同地区上空电离层情况。在单卫星平台上首先实现电离层的主动多频点探测，可以为将来基于多小卫星平台实现快速多层面、时间无缝的电离层探测提供技术依据。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种电离层主动探测系统，其特征在于，所述系统包括：

信号发射装置，设置在距离电离层上预设高度的空间飞行器平台上，所述信号发射装置包括天线模块，所述天线模块用于发射第一发射射频信号、第二发射射频信号，其中，所述第一发射射频信号和所述第二发射射频信号为幅度、频率、相位相等、且正交的标准线极化波，其中，所述天线模块包括多个天线、多个支撑组件，支撑组件用于支撑天线；

接收装置，设置在地面，包括第一接收机、第二接收机，所述第一接收机包括第一极化天线，所述第二接收机包括第二极化天线，其中，

所述第一极化天线用于接收第一接收射频信号，所述第二极化天线用于接收第二接收射频信号，

所述第一接收机用于对所述第一接收射频信号进行处理，并输出经处理后的第一接收射频信号，

所述第二接收机用于对所述第二接收射频信号进行处理，并输出经处理后的第二接收射频信号，

其中，所述第一接收射频信号为所述第一发射射频信号经过电离层后的射频信号，所述第二接收射频信号为所述第二发射射频信号经过电离层后的射频信号；

信号处理装置，电连接于所述接收装置，用于：

根据所述经处理后的第一接收射频信号及所述经处理后的第二接收射频信号确定电离层的变化信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号发射装置还包括：

信号产生模块，包括第一信号产生单元、第二信号产生单元，所述第一信号产生单元的输出端用于输出所述第一发射射频信号，所述第二信号产生单元用于输出所述第二发射射频信号；

开关模块，包括第一可控微波开关、第二可控微波开关，所述第一可控微波开关的第一端电连接于所述第一信号产生单元的输出端，所述第二可控微波开关的第一端电连接于所述第二信号产生单元的输出端，所述第一可控微波开关、所述第二可控微波开关分别用于在被导通时输出所述第一发射射频信号及所述第二发射射频信号；

其中，所述天线模块中的天线包括第一发射天线、第二发射天线，所述第一发射天线与所述第二发射天线正交，所述第一发射天线电连接于所述第一可控微波开关的第二端，所述第二发射天线电连接于所述第二可控微波开关的第二端，分别用于接收并发射所述第一可控微波开关、所述第二可控微波开关传来的第一发射射频信号、第二发射射频信号，其中，所述第一发射天线朝向太阳，所述第二发射天线与太阳平行。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一信号产生单元、所述第二信号产生单元均包括数字信号处理器、程控数字信号合成器、滤波器、隔离器及功率放大器，其中，

所述数字信号处理器的输出端电连接于所述程控数字信号合成器的输入端，所述数字信号处理用于输出发射射频信号产生信息，所述发射射频信号产生信息包括频率、相位、幅度；

所述程控数字信号合成器的输出端电连接于所述滤波器的输入端，所述程控数字信号合成器用于根据所述发射射频信号产生信息产生初始发射射频信号，

所述滤波器的输出端电连接于所述隔离器的输入端，所述滤波器用于对所述初始发射射频信号进行滤波，输出滤波后的初始发射射频信号，

所述隔离器的输出端电连接于所述功率放大器的输入端，所述隔离器用于对滤波后的初始发射射频信号进行输出匹配，输出匹配后的初始发射射频信号，

所述功率放大器用于根据所述匹配后的初始发射射频信号输出功率放大后的发射射频信号。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述天线模块还包括至少一个调整组件，所述调整组件用于根据控制信号调整所述天线模块中的天线的伸缩长度，以使得天线在发射信号时匹配到目标发射效率。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一极化天线及所述第二极化天线为正交极化天线，所述第一接收机及所述第二接收机具有相同的相频响应及幅频响应。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一接收机及所述第二接收机均包括：

第一放大器，输入端电连接于极化天线，用于对接收射频信号进行第一级放大，输出经第一级放大后的接收射频信号；

第一带通滤波器，输入端电连接于所述第一放大器的输出端，用于对所述经第一级放大后的接收射频信号进行第一次带通滤波，输出经第一次带通滤波后的接收射频信号，

第二放大器，输入端电连接于所述第一带通滤波器的输出端，用于对带通滤波后的接收射频信号进行第二级放大，输出经第二级放大后的接收射频信号；

第二带通滤波器，输入端电连接于所述第二放大器的输出端，用于对经第二级放大后的接收射频信号进行第二次带通滤波，得到经第二次带通滤波后的接收射频信号；

第三放大器，输入端电连接于所述第二带通滤波器的输出端，用于对经第二次带通滤波后的接收射频信号进行第三级放大，输出经第三级放大后的接收射频信号，即经处理后的射频接收信号。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述信号处理装置包括第一信号处理单元、第二信号处理单元，其中，

所述第一信号处理单元的第一输入端、第二输入端分别电连接于所述第一接收机及所述第二接收机的输出端，分别用于接收所述第一接收机输出的经处理后的第一射频接收信号、所述第二接收机输出的经处理后的第二射频接收信号，

所述第一信号处理单元用于：对经处理后的第一射频接收信号及经处理后的第二射频接收信号进行模数转换，得到与经处理后的第一射频接收信号对应的第一数字信号及与经处理后的第二射频接收信号对应的第二数字信号，

所述第二信号处理单元的输入端电连接于所述第一信号处理单元的输出端，用于：根据所述第一数字信号、所述第二数字信号确定电离层的变化信息。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二信号处理单元，包括：

信号产生子单元，用于生成中间信号，其中，所述中间信号的频率与所述第一发射射频信号、所述第二发射射频信号的频率相同；

信号合成子单元，用于根据所述第一数字信号得到第一旋向信号，根据所述第二数字信号得到第二旋向信号，所述第一旋向信号与所述第二旋向信号的相位不同；

乘法子单元，用于将所述中间信号与所述第一旋向信号及所述第二旋向信号分别相乘，得到第一乘法信号及第二乘法信号；

滤波子单元，用于将所述第一乘法信号及所述第二乘法信号进行低通滤波，并根据滤波后的所述第一乘法信号及所述第二乘法信号得到所述相位关系。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述信号产生子单元，包括：

数字压控振荡器，用于根据所述第一发射射频信号及所述第二发射射频信号的频率生成所述中间信号。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述空间飞行器平台包括卫星，

所述电离层的变化信息包括等离子体频率变化量、电子密度。

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