卫星导航与通信环境甚低频法预报仪的制作方法

本发明涉及电磁波通信技术领域，具体为卫星导航与通信环境甚低频法预报仪。

背景技术：

卫星通信近年来发展迅猛应用广泛，已成为国际、国内通信的重要手段，它具有传输距离远，覆盖面广，对地理环境要求不高，建设快等优点，由于卫星通信是一个开放的通信系统，因此，通信链易受到外部条件的影响。现如今，越来越多的研究表明，卫星导航与通信环境与太阳的活动密切相关，近些年，太阳活动剧烈爆发的太阳耀斑，使电离层的中的电子浓度剧烈增大，引发“电离层突然骚扰”，电离层的突然扰动、剧烈变化等情况会对通信、导航、航天产生危害，还会影响到卫星的通讯质量，甚至中断。耀斑级别可分为a、b、c、m、x五级，强度依次增强，其中m和x级别耀斑会给通讯造成严重的影响，因此，对卫星导航与通讯环境的预测是极为重要的。

当卫星信号穿越电离层时，由于电离层结构的不均匀性和易变性，信号的振幅和相位等特性迅速变化，形成电离层闪烁，电离层闪烁效应导致信号幅度相位、相位的随机起伏，使系统性能下降，严重时可造成卫星导航系统、通信系统信号中断，电离层的闪烁强度会随太阳活动而变化，当太阳活动剧烈时，电离层的闪烁强度会增强；同时增强的x线首先达到电离层，加速了处于电离层底部的d层电离，而vlf信号在地-低电离层波导中传播，由于d电离层的电离增加，使得其有效反射高度降低，造成vlf信号相位突然超前，但不会使vlf信号中断，而在宁静日，除日出和日落时间段外，vlf信号相位相对较稳定，因此，利用甚低频法预报卫星导航与通信环境具有很强的实现性，故本发明设计卫星导航与通信环境甚低频法预报仪来解决上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了卫星导航与通信环境甚低频法预报仪，解决了传统的卫星导航与通讯设备难以对太阳耀斑进行预测的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：卫星导航与通信环境甚低频法预报仪，包括预报仪本体，所述预报仪本体包括硬件模块和软件模块，所述硬件模块包括鞭状天线、抗混叠滤波器、低噪声放大器、a/d采集卡、计算机、铷原子频标和脉冲整形分频电路模块，所述鞭状天线的输出端与抗混叠滤波器的输入端连接，所述抗混叠滤波器的输出端与低噪声放大器的输入端连接，所述低噪声放大器的输出端与a/d采集卡的输入端连接，所述铷原子频标的输出端与脉冲整形分频电路模块的输入端连接，所述脉冲整形分频电路模块的输出端亦与a/d采集卡的输入端连接，所述a/d采集卡的输出端与计算机的输入端连接。

优选的，所述软件模块设置在计算机内。

优选的，所述鞭状天线垂直于预报仪本体设置。

优选的，所述预报仪本体通过导线与计算机电性连接。

本发明提供了卫星导航与通信环境甚低频法预报仪，具备以下有益效果：本发明利用甚低频法预测太阳耀斑，进一步反演出耀斑的级别，从而预报对卫星的导航与通信环境的影响，可靠性强、移动性强，能实时同步数据、实时监测预报，具有很强的灵活性和适应性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明结构连接图；

图3为本发明工作原理图。

图中：1硬件模块、2软件模块、3鞭状天线、4抗混叠滤波器、5低噪声放大器、6a/d采集卡、7计算机、8铷原子频标、9脉冲整形分频电路模块、10预报仪本体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明提供一种技术方案：卫星导航与通信环境甚低频法预报仪，包括预报仪本体10，所述预报仪本体10包括硬件模块1和软件模块2，硬件模块1包括鞭状天线3、抗混叠滤波器4、低噪声放大器5、a/d采集卡6、计算机7、铷原子频标8和脉冲整形分频电路模块9，鞭状天线3的输出端与抗混叠滤波器4的输入端连接，抗混叠滤波器4的输出端与低噪声放大器5的输入端连接，低噪声放大器5的输出端与a/d采集卡6的输入端连接，铷原子频标8的输出端与脉冲整形分频电路模块9的输入端连接，脉冲整形分频电路模块9的输出端亦与a/d采集卡6的输入端连接，a/d采集卡6的输出端与计算机7的输入端连接，软件模块2设置在计算机7内，鞭状天线3垂直于预报仪本体10设置，预报仪本体10通过导线与计算机7电性连接。

具体操作方案如下：在接收点接收来自俄罗斯alpha导航系统发射的vlf信号，将鞭状天线3垂直地面放置，用于接收甚低频信号的电场强度在垂直方向的分量，因为天线接收的电磁信号来自不同频段，如直接进行采样，将会引入无用的信号进来，对要接收的甚低频信号产生干扰，对预报仪的预测带来不必要的影响，因此要对接收到的电磁信号进行滤波处理，抗混叠滤波器4采用了低通与高通相结合的方法进行设计的，滤除后的甚低频信号经低噪声放大器5放大，此放大器采用了由ad7520组成的增益可调放大器，其目的在于根据接收地的不同和信号强弱的不同，便于调节放大量，铷原子频标8可提供正弦信号，经脉冲整形分频电路模块9为a/d采集卡6提供脉冲信号，将发射点与接收点的经纬度、信号频率、时间等数据输入到计算机7中，计算机7计算vlf频率及相位的变化量、发射点到接收点的大圆直径，求出低电离层等效反射高度及变化量、并计算出x线峰值通量，对上述数据进行处理后，显示出甚低频信号的相位曲线，当曲线有明显的相位偏移时，可预测出该点发生了太阳耀斑，并判断耀斑的级别，则对即可预报对卫星导航与通信环境是否有影响。

使用时，经鞭状天线3接收vlf信号的电场强度在垂直方向的分量，传输到抗混叠滤波器4中，由抗混叠滤波器4对接收的射频信号进行处理，滤除干扰信号，低噪声放大器5对保留下来的有效信号进行低噪声放大，放大后的信号在a/d采集卡6中进行采样处理，铷原子频标8用于提供稳定的正弦信号，正弦信号传输到脉冲分频整形电路9中，对其进行处理输出脉冲信号，对a/d采集卡6提供了40khz的采样脉冲，a/d采集卡6再与计算机7相连，计算机7内设有软件模块2，软件模块2基于软件无线电技术，用于对vlf信号的幅度、相位和信噪比数据的提取，显示储存和处理分析，根据vlf信号相位的异常变化，反演出太阳耀斑的级别，进而预测对卫星导航与通信环境是否有影响。

综上可得，本发明通过设置鞭状天线3、a/d采集卡6和计算机7，解决了传统的卫星导航与通讯设备难以对太阳耀斑进行预测的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

技术总结
本发明公开了卫星导航与通信环境甚低频法预报仪，包括预报仪本体，所述预报仪本体包括硬件模块和软件模块，所述硬件模块包括鞭状天线、抗混叠滤波器、低噪声放大器、A/D采集卡、计算机、铷原子频标和脉冲整形分频电路模块，所述鞭状天线的输出端与抗混叠滤波器的输入端连接，所述抗混叠滤波器的输出端与低噪声放大器的输入端连接，所述低噪声放大器的输出端与A/D采集卡的输入端连接，所述铷原子频标的输出端与脉冲整形分频电路模块的输入端连接，所述脉冲整形分频电路模块的输出端亦与A/D采集卡的输入端连接。本发明通过设置鞭状天线、A/D采集卡和计算机，解决了传统的卫星导航与通讯设备难以对太阳耀斑进行预测的问题。

技术研发人员：牛有田;刘岚;刘伟娜;袁秋林;杨豪强;杨新伟;林方丽;闫宁;段千
受保护的技术使用者：河南师范大学
技术研发日：2018.05.07
技术公布日：2018.12.14