RU2552530C2 - Method of obtaining ionogram - Google Patents

Method of obtaining ionogram Download PDF

Info

Publication number
RU2552530C2
RU2552530C2 RU2013136300/07A RU2013136300A RU2552530C2 RU 2552530 C2 RU2552530 C2 RU 2552530C2 RU 2013136300/07 A RU2013136300/07 A RU 2013136300/07A RU 2013136300 A RU2013136300 A RU 2013136300A RU 2552530 C2 RU2552530 C2 RU 2552530C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequencies
sounding
dfs
frequency
ionogram
Prior art date
Application number
RU2013136300/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013136300A (en
Inventor
Валерий Юрьевич Ким
Валерий Панаетович Полиматиди
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН)
Priority to RU2013136300/07A priority Critical patent/RU2552530C2/en
Publication of RU2013136300A publication Critical patent/RU2013136300A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2552530C2 publication Critical patent/RU2552530C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: invention relates to radio engineering, telecommunication, radar and can be used in systems for diagnosis of plasma phenomena in the Earth's ionosphere. The method of obtaining an ionogram includes, at each probing cycle, emitting a radio pulse in the form of a discrete-frequency signal (DFS) packet, which is a sequence of N pulses with a different frequency and the same duration from an array of fixed probing frequencies; receiving and measuring parameters of the reflected radio signal during propagation from the emitter to the receiver simultaneously and independently at each of the N frequencies of the DFS packet; readjusting the DFS frequencies to a new packet of DFS frequencies from the array of fixed probing frequencies, and emitting and receiving the reflected signal on the new DFS packet; successively selecting resetting the frequencies of the array of fixed probing frequencies with new DFS packets at each probing cycle until complete resetting of all frequencies in the array of probing frequencies over the time interval ΔTDFS=ΔT/N, where ΔT is the standard time for obtaining an ionogram.
EFFECT: obtaining an ionogram over a time interval considerably shorter than 1 s.
4 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, электросвязи, радиолокации; может быть использовано в системах диагностики плазменных явлений в ионосфере Земли.The invention relates to radio engineering, telecommunications, radar; can be used in systems for diagnosing plasma phenomena in the Earth's ionosphere.

Ионограммы получают при вертикальном (ВЗ), наклонном или возвратно наклонном зондировании ионосферы. Наиболее распространено ВЗ. При ВЗ ионосферы с помощью ионозондов регистрация ионограммы происходит за время около минуты. Ионограммы (дистанционно-частотные характеристики радиосигналов, отраженных от ионосферы при радиолокации ионосферы на частотах в диапазоне 0,3-20 МГц) дают сведения о высотном профиле электронной концентрации в ионосфере, которая рассматривается как квазистационарная среда с изменениями во времени порядка минуты и более. Способы получения ионограмм хорошо известны [1, 2, 3]. При ВЗ ближайший к поверхности Земли ионосферный Es - слой, расположенный на высоте ~110 км, дает отраженный сигнал с задержкой ~700 мкс. Эта величина ограничивает длительность зондирующего сигнала τимп, например, в обычных аналоговых ионозондах величина τимп~50-100. В современных цифровых ионозондах для увеличения энергетического потенциала радиолокации применяют сложно манипулированные сигналы, например, в ионозонде DPS-4 [3] используется ФКМ сигнал с 16 элементным кодом Баркера, состоящий из элементов (импульсов) длительностью Δτ~33.33 мкс каждый с манипуляцией начальной фазой от импульса к импульсу; вся посылка имеет длительность τимп=NΔτ=533.3, длительность свернутого сигнала по уровню 0,5 33,33 мкс, энергетический выигрыш при свертке составляет 32 дБ.Ionograms are obtained with vertical (VZ), oblique or reciprocal oblique sounding of the ionosphere. The most common OT. When the ionosphere is overwhelmed by ion probes, the ionogram is recorded in about a minute. Ionograms (distance-frequency characteristics of the radio signals reflected from the ionosphere when the ionosphere is radiated at frequencies in the range of 0.3-20 MHz) provide information on the altitude profile of the electron concentration in the ionosphere, which is considered as a quasi-stationary medium with time variations of the order of a minute or more. Methods for producing ionograms are well known [1, 2, 3]. At an EW, the ionospheric E s layer closest to the Earth's surface, located at an altitude of ~ 110 km, gives a reflected signal with a delay of ~ 700 μs. This value limits the duration of the probe signal τ imp , for example, in conventional analog ionosondes, the value τ imp ~ 50-100. In modern digital ionosondes, difficultly manipulated signals are used to increase the energy potential of radar, for example, the DPS-4 ionosonde [3] uses a PCM signal with 16 element Barker code, consisting of elements (pulses) of duration Δτ ~ 33.33 μs each with manipulation of the initial phase from impulse to impulse; the entire package has a duration of τ imp = NΔτ = 533.3, the duration of the minimized signal at the level of 0.5 33.33 μs, the energy gain in the convolution is 32 dB.

Прототипом для предлагаемого способа получения ионограмм может быть выбран наиболее полно описанный в литературе ионозонд типа «Базис» [1, 2]. В прототипе для получения ионограммы производят следующие основные операции:The prototype for the proposed method for producing ionograms can be selected as the most fully described in the literature ionosphere type "Basis" [1, 2]. In the prototype to obtain an ionogram produce the following basic operations:

1. Излучение зондирующего радиоимпульса. Длительность импульса τимп (обычно около 100 мкс). Несущая радиочастота - f0 находится в диапазоне 0.1-40 МГц. Начальная частота зондирования - fмин (может выбираться от 0,1 до 1 МГц), конечная частота - fмакс (10-40 МГц). Частотный диапазон зондирования Δf=fмакс-fмин. Частота посылок импульсов fповт (обычно - 50 Гц).1. Radiation of a sounding radio pulse. The pulse duration is τ imp (usually about 100 μs). The carrier radio frequency - f 0 is in the range of 0.1-40 MHz. The initial sounding frequency is f min (can be selected from 0.1 to 1 MHz), the final frequency is f max (10-40 MHz). Sounding frequency range Δf = f max -f min . Pulse repetition frequency f rep (usually - 50 Hz).

2. Прием и регистрация отраженного от ионосферы радиосигнала на частоте зондирования f0 и измерение параметров отраженного сигнала (интенсивности, групповой задержки, углов прихода, поляризации, доплеровского сдвига частоты) в течение времени распространения от излучателя к приемнику.2. Reception and registration of a radio signal reflected from the ionosphere at a sounding frequency f 0 and measurement of the reflected signal parameters (intensity, group delay, arrival angles, polarization, Doppler frequency shift) during the propagation time from the emitter to the receiver.

3. Перестройка частоты излучаемого радиоимпульса передатчика и приемника на новую радиочастоту зондирования (f0+δf) и проведение операций 1÷2 на новой частоте (f0+δf), Здесь δf - частотный шаг перестройки, который обычно выбирают в пределах 10÷100 кГц. Частоты выбираются из заданной сетки фиксированных частот зондирования.3. Tuning the frequency of the emitted radio pulse of the transmitter and receiver to a new sounding frequency (f 0 + δf) and performing operations 1 ÷ 2 at a new frequency (f 0 + δf), Here δf is the frequency tuning step, which is usually chosen within 10 ÷ 100 kHz Frequencies are selected from a given grid of fixed sounding frequencies.

4. Операцию 3 повторяют, начиная от начальной частоты fмин до конечной частоты зондирования fмакс с полной переборкой частот зондирования за интервал времени ΔT. Частота повторения тактов зондирования fповт=1/ΔT.4. Operation 3 is repeated, starting from the initial frequency f min to the final sounding frequency f max with a complete exhaustion of the sounding frequencies for the time interval ΔT. The probe repetition rate f rep = 1 / ΔT.

При ВЗ рабочий диапазон частот зондирования обычно устанавливают в пределах от 1 до 15 Мгц. При равномерном шаге δf изменения частоты для перекрытия заданного частотного диапазона зондирования необходимо произвести излучение и прием сигналов на M частотах (M при этом равно Δf/δf).In VZ, the working range of sounding frequencies is usually set in the range from 1 to 15 MHz. With a uniform step δf of frequency change, in order to overlap a given sounding frequency range, it is necessary to emit and receive signals at M frequencies (M is equal to Δf / δf).

Максимальная групповая задержка однократно отраженного сигнала Δt находится в интервале 5÷7 мс, поэтому частоту посылок зондирующих импульсов fповт можно выбирать, например, равной 50 Гц (максимальная задержка Δt=20 мс), если положить fповт=100 Гц, то Δt=10 мс, при fповт=200 Гц получим Δt=5 мс.The maximum group delay of the once-reflected signal Δt is in the range 5-7 ms, therefore, the sending frequency of probe pulses f rep can be selected, for example, equal to 50 Hz (maximum delay Δt = 20 ms), if we set f rep = 100 Hz, then Δt = 10 ms, at f rep = 200 Hz we get Δt = 5 ms.

Общее время регистрации ионограммы при однократном зондировании на каждой частоте определяется формулойThe total time of recording an ionogram with a single sounding at each frequency is determined by the formula

Δ T = M / f п о в т . ( 1 )

Figure 00000001
Δ T = M / f P about at t . ( one )
Figure 00000001

В практике зондирования ионосферы количество используемых частот M обычно составляет 400. Тогда, например, при частоте повторения импульсов fповт=100 Гц минимальное время получения ионограммы по (1) будет ΔT=4 сек, при fповт=200 Гц минимальное время получения ионограммы составит ΔT=2 сек, а для стандартной частоты повторения у большинства ионозондов fповт=50 Гц и ΔT=8 сек.In the practice of probing the ionosphere, the number of frequencies M used is usually 400. Then, for example, at a pulse repetition rate f rep = 100 Hz, the minimum time for obtaining an ionogram according to (1) will be ΔT = 4 sec, for f rep = 200 Hz the minimum time for obtaining an ionogram will be ΔT = 2 sec, and for the standard repetition frequency of most ionosonde f rep = 50 Hz and ΔT = 8 sec.

В исследованиях ионосферных возмущений, связанных с быстрыми явлениями в ионосферной плазме, таких как, например, воздействие на ионосферу Земли солнечной вспышки, возникает необходимость регистрации процессов с характерным временем изменения ~1 сек и менее. Аналогичные времена развития имеют ионосферные эффекты магнитных бурь, а также эффекты искусственного возмущения ионосферы при нелинейном воздействии мощных радиоволн, которые развиваются в доли секунд. Особая ситуация возникает при ВЗ ионосферы сверху с борта ИСЗ, когда ионозонд перемещается по орбите со скоростью ~8 км/сек и ионограмма не может быть отнесена к географическим координатам с достаточной точностью.In studies of ionospheric disturbances associated with fast phenomena in the ionospheric plasma, such as, for example, the effect of a solar flare on the Earth's ionosphere, it becomes necessary to register processes with a characteristic change time of ~ 1 sec or less. Similar development times have the ionospheric effects of magnetic storms, as well as the effects of artificial disturbance of the ionosphere during non-linear exposure to powerful radio waves that develop in fractions of a second. A special situation arises when the ionosphere is overhead from the satellite, when the ionosonde moves in orbit at a speed of ~ 8 km / s and the ionogram cannot be assigned to geographical coordinates with sufficient accuracy.

Указанные причины делают важной для практики задачу регистрации ионограмм за период времени ΔT значительно меньше 1 секунды.These reasons make it important for practice to record ionograms over a period of time ΔT significantly less than 1 second.

Решаемая техническая задача - получение ионограммы за интервал времени значительно меньше 1 секунды.The technical problem to be solved is obtaining an ionogram for a time interval of significantly less than 1 second.

В предлагаемом способе получения ионограммы перечисленные в прототипе операции 1-4 модифицируются:In the proposed method for obtaining an ionogram listed in the prototype operations 1-4 are modified:

1. Первая операция (излучение радиоимпульса) в предлагаемом способе модифицируется следующим образом: на каждом такте зондирования предлагается излучать зондирующий радиоимпульс в виде пакета дискретно-частотного сигнала (ДЧС), представляющего собой последовательность из следующих непрерывно один за другим N радиоимпульсов (элементов) разной частоты, но одинаковой длительности Δτ. Частоты, составляющие пакет ДЧС, выбираются из заданной сетки фиксированных частот зондирования.1. The first operation (radiation of a radio pulse) in the proposed method is modified as follows: on each sounding cycle, it is proposed to radiate a sounding radio pulse in the form of a packet of a discrete-frequency signal (DFS), which is a sequence of the following continuously one after another N radio pulses (elements) of different frequencies , but of the same duration Δτ. The frequencies that make up the DFS package are selected from a given grid of fixed sounding frequencies.

2. Вторая операция (прием отраженного сигнала на радиочастоте зондирования f0) в предлагаемом способе модифицируется следующим образом: в каждом такте зондирования производится одновременный прием и измерение параметров отраженного радиосигнала независимо на каждой из N частот, составляющих пакет ДЧС. При равномерном распределении частот пакета ДЧС по частотному диапазону зондирования, частоты пакета ДЧС можно записать: f0, f0+Δfn, f0+2Δfn, f0+3Δfn, … f0+(N-1)Δfn, где Δfn=Δf/N. При этом параметры отраженного сигнала (интенсивность, углы прихода, поляризация, доплеровский сдвиг частоты), также как в прототипе, должны быть измерены в диапазоне задержек от 700 мкс до 1/fповт. 2. The second operation (receiving the reflected signal at the sounding frequency f 0 ) in the proposed method is modified as follows: in each sounding step, the parameters of the reflected radio signal are simultaneously received and measured independently at each of the N frequencies making up the DPS package. With a uniform distribution of the frequencies of the emergency package over the sounding frequency range, the frequency of the emergency package can be written: f 0 , f 0 + Δf n , f 0 + 2Δf n , f 0 + 3Δf n , ... f 0 + (N-1) Δf n , where Δf n = Δf / N. In this case, the parameters of the reflected signal (intensity, arrival angles, polarization, Doppler frequency shift), as in the prototype, should be measured in the delay range from 700 μs to 1 / f rep.

3. Третья операция. Перестройка передатчика и каналов приемника на новый набор N частот нового пакета ДЧС. При равномерном распределении частот пакета ДЧС по частотному диапазону зондирования и одинаковой перестройке по частоте δf каждой составляющей нового пакета ДЧС, частоты нового пакета ДЧС можно записать: (f0+δf), (f0+δf)+Δfn, (f0+δf)+2Δfn, (f0+δf)+3Δfn, … (f0+δf)+NΔfn. Затем операции 1 и 2 производятся для нового пакета ДЧС.3. The third operation. Reconfiguration of the transmitter and receiver channels to a new set of N frequencies of the new DFS package. With a uniform distribution of the frequencies of the DFS package over the sounding frequency range and the same frequency tuning of δf for each component of the new DFS package, the frequencies of the new DFS package can be written: (f 0 + δf), (f 0 + δf) + Δf n , (f 0 + δf) + 2Δf n , (f 0 + δf) + 3Δf n , ... (f 0 + δf) + NΔf n . Then, operations 1 and 2 are performed for a new package of emergency situations.

4. Четвертая операция. Операция 3 повторяется до полной переборки всех частот зондирования из заданной сетки фиксированных частот в пределах частотного диапазона зондирования Δf.4. The fourth operation. Operation 3 is repeated until all sounding frequencies from a given grid of fixed frequencies are completely sorted out within the sounding frequency range Δf.

При использовании ДЧС время получения ионограммы определяется формулойWhen using DFS, the time of obtaining an ionogram is determined by the formula

Δ T д ч с = M / ( f п о в т N ) = Δ T / N ( 2 )

Figure 00000002
Δ T d h from = M / ( f P about at t A. N ) = Δ T / N ( 2 )
Figure 00000002

Из сопоставления формул (1) и (2) можно заключить, что при одинаковых режимных параметрах регистрации ионограмы (Δf, δf ,fповт, M) величина ΔTдчс в N раз меньше времени ΔT, за которое стандартным способом получается аналогичная ионограмма.From a comparison of formulas (1) and (2), we can conclude that for the same regime parameters of recording the ionogram (Δf, δf, f rep , M), the value of ΔT dhs is N times less than the time ΔT, for which a similar ionogram is obtained in the standard way.

Уменьшение времени получения ионограммы связано с тем, что фактически весь частотный диапазон ионограммы Δf предложено разбивать на N отдельных частотных поддиапазонов и одновременно производить зондирование в каждом из N поддиапазонов. При этом прием и измерение параметров осуществляют одновременно и независимо для каждой из N частот пакета ДЧС.The decrease in the time of obtaining the ionogram is due to the fact that virtually the entire frequency range of the ionogram Δf was proposed to be divided into N separate frequency subbands and at the same time to probe in each of the N subbands. At the same time, the reception and measurement of parameters are carried out simultaneously and independently for each of the N frequencies of the DFS package.

Обычно на практике при ВЗ используют радиоимпульсы с длительностью не менее 50 мкс. Так как максимальная длительность импульса зондирования ионосферы не может быть больше чем 700 мкс, то и длительность пакета ДЧС должна быть меньше 700 мкс, a N число частотных элементов в пакете ДЧС ограничено числом не более 14. Число 14 - это максимально возможная на практике кратность уменьшения времени получения ионограммы при использовании предлагаемого способа. Например, для получения ионограммы ВЗ на 400 частотах при частоте посылок импульсов fповт=100 Гц минимально возможное время регистрации будет равно (4/14) сек., т.е. меньше чем 0,3 сек.Usually, in practice, air pulses using radio pulses with a duration of at least 50 μs are used. Since the maximum duration of the pulse of sounding of the ionosphere cannot be more than 700 μs, the duration of the DFS packet should be less than 700 μs, and N the number of frequency elements in the DFS packet is limited to no more than 14. The number 14 is the maximum reduction ratio possible in practice time to obtain an ionogram when using the proposed method. For example, to obtain an OT ionogram at 400 frequencies with a pulse sending frequency f rep = 100 Hz, the minimum possible recording time will be (4/14) sec., I.e. less than 0.3 sec.

Предлагаемый способ иллюстрируется далее следующими графическими изображениями:The proposed method is further illustrated by the following graphic images:

Фигура 1. Вид пакета ДЧС для случая N=5.Figure 1. The view of the package of the DES for the case of N = 5.

Фигура 2. Частотно-временная схема расположения сигналов при зондировании пакетом ДЧС.Figure 2. Frequency-time diagram of the arrangement of signals during sounding by a package of emergency.

Фигура 3. Функциональная блок-схема синтезатора передатчика для ДЧС с N=4.Figure 3. Functional block diagram of a transmitter synthesizer for DFS with N = 4.

Фигура 4. Функциональная блок-схема многоканального РПУ для приема и регистрации сигналов ДЧС.Figure 4. Functional block diagram of a multi-channel RPU for receiving and registering signals of the emergency.

Из представленной на фиг.1 эпюры излучаемого пакета ДЧС видно, что в течение одного такта зондирования за время τимп=ΔτN будет излучена широкополосная последовательность N импульсов на дискретных частотах. Например, при равномерном распределении отдельных элементов ДЧС по всему диапазону частот зондирования Δf, частоты ДЧС могут быть в виде ряда значений f0, f0+Δfn, f0+2Δfn, f0+3Δfn, … f0+(N-1)Δfn, где Δfn=Δf/N.It can be seen from the diagram of the emitted DFS package presented in FIG. 1 that during one probe cycle during the time τ imp = ΔτN, a broadband sequence of N pulses at discrete frequencies will be emitted. For example, with a uniform distribution of individual elements of the DFS across the entire range of sounding frequencies Δf, the frequencies of the DFS can be in the form of a series of values f 0 , f 0 + Δf n , f 0 + 2Δf n , f 0 + 3Δf n , ... f 0 + (N -1) Δf n , where Δf n = Δf / N.

На фиг.2 показан график ионограммы для типичной дневной ионосферы, на фоне которой схематически иллюстрируется принцип получения ионограммы предложенным способом. Кривые "O"- и "X"- это «обыкновенная» и «необыкновенная» компоненты отраженных от ионосферы сигналов. Шкала слева - действующая высота, справа - шкала групповой задержки. В интервале задержек от 0 до 0,5 мсек показано положение зондирующих импульсов на рабочих частотах f1, f2, f3, f4, f5 (залитые прямоугольники). Прямоугольники на кривых линиях показывают положение отраженных импульсов.Figure 2 shows a graph of the ionogram for a typical daytime ionosphere, against which the principle of obtaining the ionogram of the proposed method is schematically illustrated. The “O” and “X” curves are the “ordinary” and “extraordinary” components of the signals reflected from the ionosphere. The scale on the left is the effective height, on the right is the group delay scale. In the delay interval from 0 to 0.5 ms, the position of the probe pulses at the working frequencies f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , f 5 (filled rectangles) is shown. The rectangles on the curved lines indicate the position of the reflected pulses.

Положим, что частота повторения импульсов равна fповт=100 Гц и на каждом такте зондирования излучаются различные пакеты ДЧС с неповторяющимися частотными элементами.We assume that the pulse repetition rate is f rep = 100 Hz and that at each sounding cycle various DFS packets with non-repeating frequency elements are emitted.

Тогда общее число рабочих частот можно рассчитать по формулеThen the total number of operating frequencies can be calculated by the formula

M = N f п о в т ( 3 )

Figure 00000003
M = N f P about at t ( 3 )
Figure 00000003

Например, при N=5 и fповт=100 Гц ионограмма может быть получена за время ΔTдчс=1 сек, при этом можно провести зондирование на 500 частотах.For example, at N = 5 and f rep = 100 Hz, an ionogram can be obtained in a time ΔT dfs = 1 second, and sounding at 500 frequencies can be performed.

Если, например, длительность излучаемого пакета ДЧС увеличить до τимп=600 мкс, и взять значение Δτ=60 мкс то число элементов ДЧС примет значение N=10, тогда общее число рабочих частот по (3) будет равно M=1000. Если число частот в пакетах ДЧС ограничить числом M=500, то ионограмму можно зарегистрировать согласно (2) за время ΔTдчс=0,5 сек.If, for example, the duration of the radiated EMF packet is increased to τ imp = 600 μs, and Δτ = 60 μs is taken, then the number of elements of the EMD will take the value N = 10, then the total number of operating frequencies according to (3) will be M = 1000. If the number of frequencies in the DFD packets is limited by the number M = 500, then the ionogram can be recorded according to (2) for the time ΔT dfs = 0.5 sec.

На фиг.2 видно, что сигналы, формирующие ионограмму, не выходят за пределы групповой задержки 4 мсек, поэтому можно увеличить тактовую частоту до fповт=200 Гц (при этом диапазон дальности будет равен 750 км). Тогда при общем числе рабочих частот M=500 и однократном сканирование по этим частотам ионограмма будет получена за время ΔTдчс=0,25 сек.Figure 2 shows that the signals forming the ionogram do not go beyond the group delay of 4 ms, so you can increase the clock frequency to f repeat = 200 Hz (in this case, the range will be 750 km). Then, with the total number of operating frequencies M = 500 and a single scan at these frequencies, an ionogram will be obtained in a time ΔT dhs = 0.25 sec.

Осуществление предлагаемого способа рассмотрим на примере, основанном на реконструкции ионосферного комплекса «Базис-2». При неизменном широкополосном передатчике комплекса необходимо модернизировать синтезатор когерентных сигналов для передатчика комплекса, чтобы он мог излучать пакеты ДЧС. Необходимо заменить систему управления и создать многоканальную радиоприемную систему.The implementation of the proposed method, consider an example based on the reconstruction of the ionosphere complex "Basis-2". With the broadband transmitter of the complex unchanged, it is necessary to modernize the coherent signal synthesizer for the complex transmitter so that it can radiate DFS packets. It is necessary to replace the control system and create a multi-channel radio receiving system.

За основу синтезатора сигналов ДЧС берем принцип работы многочастотного синтезатора, функциональная блок-схема которого приведена фиг.3. В ПЭВМ размещается ПО - программное обеспечение алгоритма зондирования ионосферы, которое выдает необходимые командные коды в блок синхронизации и управления (БСУ). В БСУ помимо кодов управления от ПЭВМ поступает также главная опорная частота f0, которая генерируется высокостабильным вторичным стандартом частоты (например, рубидиевым генератором типа СЧВ-74). В 4-канальный блок синтеза сигналов поступают коды фиксированных рабочих частот зондирования, с выхода блока сигналы рабочих частот поступают в блок формирования ДЧС сигналов, в который также поступают коды ДЧС. Сформированные ДЧС сигналы с выхода синтезатора поступают в радиопередатчик (РПД).For the basis of the DFS signal synthesizer, we take the principle of operation of a multi-frequency synthesizer, the functional block diagram of which is shown in Fig. 3. The PC hosts the software — the ionosphere sounding algorithm software, which issues the necessary command codes to the synchronization and control unit (BSU). In addition to BSU control codes from the main PC is supplied as a reference frequency f 0, which is generated by a highly stable secondary frequency standard (e.g., rubidium type oscillator CAS-74). Codes of the fixed operating sounding frequencies are received in the 4-channel signal synthesis block, and from the block output, the working frequency signals are sent to the DFS signal generation block, which also receives DFS codes. Formed DFS signals from the output of the synthesizer enter the radio transmitter (RPD).

Основная сложность создания многоканального радиоприемного устройства (МРПУ) для регистрации отраженных от ионосферы ДЧС сигналов связана с необходимостью обеспечения одновременного приема и регистрации сигналов на разных частотах с сохранением когерентных свойств принимаемых сигналов. Радиоприемным устройством с необходимыми свойствами может быть, например, N - канальное приемное устройство, каждый приемный канал которого на каждом такте зондирования независимо настраивается на одну из N фиксированных частот излучаемой дискретной последовательности импульсов пакета ДЧС. На следующем такте зондирования каждый из N каналов РПУ настраивается на новый пакет ДЧС: f, f+Δfn, f+2Δfn, f+3Δfn, … f+NΔfn, где f=(f0+Lδf). Здесь L - номер такта зондирования. Традиционное решение задачи создания многоканальных РПУ состоит в использовании необходимого количества промышленно выпускаемых РПУ, составляющих каналы многочастотного РПУ (МРПУ). На фиг.4 показана функциональная блок-схема 4-канального МРПУ, предназначенная для приема 4-х элементных пакетов ДЧС. В ПЭВМ размещается программное обеспечение (ПО) алгоритма зондирования ионосферы, которое выдает необходимые командные коды в блок синхронизации и управления (БСУ), а также коды ДЧС для соответствующей настройки каналов МРПУ.The main difficulty in creating a multichannel radio receiving device (MRPU) for registering DFS signals reflected from the ionosphere is related to the need to simultaneously receive and register signals at different frequencies while maintaining the coherent properties of the received signals. A radio receiver with the necessary properties can be, for example, an N-channel receiver, each receiving channel of which, at each sounding cycle, is independently tuned to one of the N fixed frequencies of the emitted discrete sequence of pulses of the DFS package. At the next sounding step, each of the N channels of the RPU is tuned to a new DPS package: f, f + Δf n , f + 2Δf n , f + 3Δf n , ... f + NΔf n , where f = (f 0 + Lδf). Here L is the sounding tact number. The traditional solution to the problem of creating multi-channel RPUs is to use the required number of industrially produced RPUs that make up the channels of multi-frequency RPU (MPU). Figure 4 shows a functional block diagram of a 4-channel MPPU, designed to receive 4-element packets of emergency. The PC hosts the software (software) of the ionosphere sounding algorithm, which provides the necessary command codes to the synchronization and control unit (BSU), as well as the emergency codes for the corresponding setting of the MPPU channels.

В рассматриваемом здесь случае импульсного зондирования сложность состоит в необходимости решать проблему влияния на входы МРПУ прямой («земной») волны ввиду того, что длительность пакета ДЧС может приближаться к максимально допустимой величине 700 мкс. Для решения такой задачи следует применить комплекс аппаратно-программных решений, включающий известные методы подавления прямой волны, например, как это сделано в ионозонде «Базис-2».In the case of pulsed sounding considered here, the difficulty lies in the need to solve the problem of the influence of the direct (“earth”) wave on the inputs of the MRPU, since the duration of the DFS packet can approach the maximum allowable value of 700 μs. To solve this problem, a complex of hardware and software solutions should be applied, including well-known methods of suppressing a direct wave, for example, as is done in the Bazis-2 ionosonde.

На каждом такте зондирования принимаемый радиосигнал из антенно-фидерной системы (АФС) поступает в широкополосный антенный усилитель, обладающий свойством ограничивать сигналы, превышающие заданный порог (например, ~5 B). Далее принимаемый сигнал с помощью ВЧ ключа блокируется на время действия запирающего (стробирующего) сигнала, при этом длительность строба определяется длительностью (Nτимп) излучаемого пакета ДЧС. С выхода ВЧ ключа сигнал поступает на вход МРПУ, с каждого из 4 выходов МРПУ сигналы поступают на вход 4-канального АЦП. Запуск АЦП происходит по синхроимпульсам СИ, которые вырабатываются в блоке синхронизации и управления (БСУ). Затем коды АЦП поступают в ПЭВМ, где накапливаются и обрабатываются данные радиозондирования. Поскольку при диагностике методом ВЗ передающая и приемная части зондирующей аппаратуры образуют единую систему, то блоки ОГ и ПЭВМ могут быть объединены, что обеспечит необходимую синхронность излучаемых и принимаемых радиосигналов.At each sounding cycle, the received radio signal from the antenna-feeder system (AFS) enters the broadband antenna amplifier, which has the ability to limit signals that exceed a predetermined threshold (for example, ~ 5 V). Next, the received signal with the RF key is blocked for the duration of the blocking (gate) signal, while the strobe duration is determined by the duration (Nτ imp ) of the radiated DPS package. From the output of the RF key, the signal goes to the input of the MPPU, from each of the 4 outputs of the MPPU the signals go to the input of the 4-channel ADC. The ADC is launched by SI clock pulses, which are generated in the synchronization and control unit (BSU). Then, the ADC codes enter the PC, where the radio sounding data is accumulated and processed. Since during the VZ diagnostics the transmitting and receiving parts of the probing equipment form a single system, the exhaust gas and personal computer blocks can be combined, which will provide the necessary synchronism of the emitted and received radio signals.

Обработка данных зондирования для получения графика ионограммы не отличается от обработки сигналов в известных способах.The processing of sensing data to obtain an ionogram graph does not differ from signal processing in known methods.

Предложенный выше способ получения ионограмм с помощью широкополосных ДЧС сигналов приводит к необходимости обработки зондирующих сигналов практически в режиме реального времени и хранению значительных объемов данных. Это предъявляет достаточно высокие требования к параметрам АЦП и ПЭВМ. Существующие в настоящее время многоядерные процессоры и высокоскоростные многоканальные модули АЦП с динамическим диапазоном до 14 разрядов позволяют аппаратно и программно реализовать предлагаемый способ.The above method for obtaining ionograms using broadband DFS signals leads to the need for processing the probing signals in almost real time and storing significant amounts of data. This makes quite high demands on the parameters of the ADC and PC. Currently existing multi-core processors and high-speed multi-channel ADC modules with a dynamic range of up to 14 bits allow the hardware and software to implement the proposed method.

В качестве радиоприемных устройств в каналах МРПУ можно использовать промышленно выпускаемые цифровые РПУ, например, приемник AR-ONE фирмы AOR (Япония) [4].As radio receivers in MRPU channels, industrially produced digital RPUs can be used, for example, the AR-ONE receiver from AOR (Japan) [4].

Предлагаемый способ был опробован на макете и подтвердил ожидаемые результаты по сокращению времени получения ионограммы до долей секунды. Это позволяет применить предложенный способ для исследования быстрых процессов в ионосферной плазме.The proposed method was tested on the layout and confirmed the expected results to reduce the time to obtain an ionogram to fractions of a second. This allows you to apply the proposed method for the study of fast processes in the ionospheric plasma.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВLIST OF USED SOURCES

1. Погода Э.В. Диагностический ионосферный комплекс «Базис» и его модификации // Экспериментальные методы исследования ионосферы. - М.: ИЗМИРАН, 1981 г. С. 145-152.1. Weather E.V. Diagnostic ionosphere complex "Basis" and its modifications // Experimental methods for studying the ionosphere. - M .: IZMIRAN, 1981, pp. 145-152.

2. Комплекс агрегатный ионосферный Базис-2. Технические условия. Бт 2.009.007 ТУ. СКБ ФП АН СССР. Москва. 1983. с.5-11.2. Complex aggregate ionospheric Basis-2. Technical conditions Bt 2.009.007 TU. SKB FP AN SSSR. Moscow. 1983, p. 5-11.

3. Описание DPS-4: http://www.digisonde.com/dps-4dmanual.html.3. Description of DPS-4: http://www.digisonde.com/dps-4dmanual.html.

4. http://www.aor.ru4.http: //www.aor.ru

Claims (1)

Способ получения ионограмм, состоящий в излучении радиоимпульсов с заданными частотным диапазоном зондирования, шагом изменения частоты для перекрытия частотного диапазона зондирования, частотой повторения радиоимпульсов, количеством используемых частот, приеме отраженного от ионосферы радиосигнала на частоте зондирования и измерение параметров отраженного радиосигнала, представляющих собой интенсивность радиосигнала, углы прихода, поляризацию, доплеровский сдвиг частоты, с последующей перестройкой частоты излучаемого радиоимпульса из заданной сетки фиксированных частот в пределах частотного диапазона зондирования с полной переборкой частот зондирования за интервал времени ΔТ, отличающийся тем, что на каждом такте зондирования радиоимпульс излучают в виде пакета дискретно-частотного сигнала (ДЧС), представляющего собой последовательность N следующих непрерывно один за другим импульсов разной частоты одинаковой длительности из заданной сетки фиксированных частот зондирования, далее принимают и измеряют параметры отраженного радиосигнала в течение времени распространения от излучателя к приемнику одновременно и независимо на каждой из N частот пакета ДЧС, затем производят перестройку частот ДЧС на новый пакет частот ДЧС из сетки фиксированных частот зондирования, и производит излучение и прием отраженного сигнала на новом пакете ДЧС, далее последовательно осуществляют переборку частот сетки фиксированных частот зондирования новыми пакетами ДЧС на каждом такте зондирования до полной переборки всех частот зондирования (в сетке частот зондирования) за интервал времени ΔТДЧС=ΔT/N. A method for producing ionograms consisting in emitting radio pulses with a predetermined sounding frequency range, a frequency change step to cover the sounding frequency range, a pulse repetition frequency, the number of frequencies used, receiving a radio signal reflected from the ionosphere at a sounding frequency, and measuring the reflected radio signal parameters representing the radio signal intensity, angles of arrival, polarization, Doppler frequency shift, followed by frequency tuning of the emitted radioimp pulse from a given grid of fixed frequencies within the sounding frequency range with a complete exhaustion of the sounding frequencies for the time interval ΔТ, characterized in that at each sounding step, the radio pulse is emitted in the form of a packet of a discrete-frequency signal (DFS), which is a sequence of N following one after another other pulses of different frequencies of the same duration from a given grid of fixed sounding frequencies, then receive and measure the parameters of the reflected radio signal over time and propagation from the emitter to the receiver simultaneously and independently on each of the N frequencies of the DFD package, then the DFD frequencies are tuned to a new DFD package from the grid of fixed sounding frequencies, and the radiation is received and reflected on a new DFD package, then the frequencies are sequentially sorted mesh of fixed sounding frequencies with new DFS packets at each sounding cycle until all probing frequencies (in the sounding frequency grid) are completely sorted out for the time interval ΔТ ДДС = ΔT / N.
RU2013136300/07A 2013-08-01 2013-08-01 Method of obtaining ionogram RU2552530C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013136300/07A RU2552530C2 (en) 2013-08-01 2013-08-01 Method of obtaining ionogram

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013136300/07A RU2552530C2 (en) 2013-08-01 2013-08-01 Method of obtaining ionogram

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013136300A RU2013136300A (en) 2015-02-10
RU2552530C2 true RU2552530C2 (en) 2015-06-10

Family

ID=53281705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013136300/07A RU2552530C2 (en) 2013-08-01 2013-08-01 Method of obtaining ionogram

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2552530C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2721622C1 (en) * 2019-06-27 2020-05-21 Акционерное общество "Радиотехнические и Информационные Системы Воздушно-космической обороны (ЗАО "РТИС ВКО") Method for determining intervals of relative stationarity of signals of ionosphere-spatial propagation of radio waves

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5124711A (en) * 1988-12-30 1992-06-23 Thomson-Csf Device for auto-adaptive direction and polarization filtering of radio waves received on a network of aerials coupled to a receiver
RU2388146C2 (en) * 2007-10-08 2010-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Полет" Method of measuring amplitude-frequency characteristics of radio communication ionospheric channels
RU2394371C1 (en) * 2009-05-29 2010-07-10 Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" Device for determining optimum working frequencies of ionospheric radio channel
RU2399062C1 (en) * 2009-07-15 2010-09-10 Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" Ionospheric probe-direction finder
JP4779127B2 (en) * 2007-11-15 2011-09-28 ソニー株式会社 Wireless communication apparatus, program, and wireless communication method
US20120092213A1 (en) * 2008-08-19 2012-04-19 Trimble Navigation Limited Gnss atmospheric estimation with federated ionospheric filter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5124711A (en) * 1988-12-30 1992-06-23 Thomson-Csf Device for auto-adaptive direction and polarization filtering of radio waves received on a network of aerials coupled to a receiver
RU2388146C2 (en) * 2007-10-08 2010-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Полет" Method of measuring amplitude-frequency characteristics of radio communication ionospheric channels
JP4779127B2 (en) * 2007-11-15 2011-09-28 ソニー株式会社 Wireless communication apparatus, program, and wireless communication method
US20120092213A1 (en) * 2008-08-19 2012-04-19 Trimble Navigation Limited Gnss atmospheric estimation with federated ionospheric filter
RU2394371C1 (en) * 2009-05-29 2010-07-10 Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" Device for determining optimum working frequencies of ionospheric radio channel
RU2399062C1 (en) * 2009-07-15 2010-09-10 Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" Ionospheric probe-direction finder

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПОГОДА Э.В. Диагностический ионосферный комплекс "Базис" и его модификации. Экспериментальные методы исследования ионосферы. Москва, ИЗМИРАН, 1981, с. 145-152. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2721622C1 (en) * 2019-06-27 2020-05-21 Акционерное общество "Радиотехнические и Информационные Системы Воздушно-космической обороны (ЗАО "РТИС ВКО") Method for determining intervals of relative stationarity of signals of ionosphere-spatial propagation of radio waves

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013136300A (en) 2015-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1325926C (en) Method and apparatus for locating source of unknown signal
US6427531B1 (en) Active acoustic phased array antenna system
Chen et al. Development of ground-based ELF/VLF receiver system in Wuhan and its first results
US20150192665A1 (en) Method and apparatus of generating signals from multi-site radars using the same channel
JPH077076B2 (en) Interferometry-based real-time lightning strike observation system
Yao et al. A novel low-power multifunctional ionospheric sounding system
RU2524401C1 (en) Method for detection and spatial localisation of mobile objects
RU2399062C1 (en) Ionospheric probe-direction finder
RU2552530C2 (en) Method of obtaining ionogram
JP2009052961A (en) Wind measuring apparatus
Berngardt et al. ISTP SB RAS DECAMETER RADARS
RU2738249C1 (en) Method of generating received spatial-time signal reflected from observed multipoint target during operation of radar system, and bench simulating test space-time signals reflected from observed multipoint target, for testing sample of radar system
JPH11237477A (en) Marine radar using short wave or ultrashort wave and marine radar system using short wave or ultrashort wave
RU2309425C2 (en) Method of forming calibration data for radio direction finder/ range finder (versions)
Obenberger et al. Using lightning as a HF signal source to produce ionograms
RU167401U1 (en) Side-View Interferometric Sonar
Schneckenburger et al. From L-band measurements to a preliminary channel model for APNT
G. Vertogradov et al. Ultralong-range sounding of the ionospheric HF channel using an ionosonde/direction finder with chirp modulation of the signal
RU2383914C1 (en) Method of synchronising watches and device for realising said method
US20120249364A1 (en) Method of radar emission-reception
RU2539334C1 (en) System for electronic jamming of radio communication system
Carrer et al. Noise Character Constraints on Passive Radio Sounding of Jupiter's Icy Moons Using Jovian Decametric Radiation
Schneckenburger et al. Navigation performance using the aeronautical communication system LDACS1 by flight trials
RU2541886C2 (en) System for electronic jamming of radio communication system
RU2611587C1 (en) Base station for remote probing of atmosphere