专利名称：一种基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪及监测方法
技术领域：
本发明涉及卫星通信技术，特别是涉及一种基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪及监测方法。
背景技术：
电离层是日地空间环境和地球空间的重要组成部分，电离层电子密度的不均勻性，可以引起介电常数和折射指数的随机起伏。当电磁波在这样的介质中传播时，会引起传播路径和传播时间的改变，使得信号的振幅、相位以及在接收天线处射线到达角发生快速起伏变化，导致信号衰落，这种现象被称为电离层闪烁。对电离层闪烁的研究可以完善人们对地球空间以及日地空间环境的认识，帮助人们加强对空间环境的了解，更好地发展有预报意义的、综观的空间天气模式，把物理的、经验的、统计的知识结合在一起，最终形成一个能说明整个空间天气发生、发展、对地效应的因果链模型。对发生在空间环境中的灾害性天气事件进行更全面更科学的监测、诊断、预测和预报，预告人们灾害性事件的发生时间、严重程度以及会造成怎样的后果，减轻和避免空间灾害性天气对昂贵的高科技技术系统造成损失，为航天、通信、导航、资源、电力、生态、医学、科研、宇航安全和国防等部门提供区域性和全球性的背景与时变的环境模式。因此，对电离层闪烁研究具有重要的意义。极轨气象卫星在地球上空800-1000公里之间的太阳同步轨道上围绕地球南北两极运行，运行周期约115分钟。由于极轨气象卫星以较快的速度跨越南北上空，将其信号用于电离层闪烁监测，有利于捕获电离层闪烁体，计算闪烁指数并估算闪烁体的位置。因此，提供一种基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪及监测方法甚为必要。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪及监测方法，该基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪及监测方法能够准确捕获电离层闪烁体，计算闪烁指数并估算闪烁体的位置。本发明的目的通过以下技术措施实现。提供一种基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪，设置有用于接收所述极轨气象卫星信号的信号接收模块、信号采集处理模块和数据处理模块，所述信号接收模块的输出端与所述信号采集处理模块的输入端联接，所述信号采集处理模块的输出端与所述数据处理模块的输入端联接。所述信号接收模块设置有天线、高频放大器、第一下变频器和转换电路，所述天线接收所述极轨气象卫星发射的信号，所述天线联接至所述高频放大器的输入端，所述高频放大器的输出端与所述第一下变频器的输入端联接，所述第一下变频器的输出端与所述转换电路的输入端联接，所述转换电路的输出端与所述信号采集处理模块的输入端联接。
所述转换电路设置为第二下变频器，所述第二下变频器的输入端与所述第一下变频器的输入端联接，所述第二下变频器的输出端与所述信号采集处理模块的输入端联接。
所述信号采集处理模块设置有A/D转换电路和数字处理单元，所述A/D转换电路的输入端与所述信号接收模块的输出端联接，所述A/D转换电路的输出端与所述数字处理单元的输入端联接，所述数字处理单元的输出端与所述资料处理器模块的输入端联接。所述信号采集处理模块设置有A/D转换电路和数字处理单元，所述A/D转换电路的输入端与所述第二下变频器的输出端联接，所述A/D转换电路的输出端与所述数字处理单元的输入端联接，所述数字处理单元的输出端与所述资料处理器模块的输入端联接。所述数字处理单元设置为由现场可编程门阵列处理器FPGA和数字信号处理器 DSP构成的数字处理单元。所述数据处理模块设置为计算机。所述计算机设置有幅度信息采集单元、相位信息采集单元、闪烁指数计算单元和电离层闪烁体位置计算单元，
所述幅度信息采集单元的输入端、所述相位信息采集单元的输入端分别与所述数字处理单元的输出端联接，所述幅度信息采集单元的输出端、所述相位信息采集单元的输出端与所述闪烁指数计算单元的输入端联接，所述闪烁指数计算单元的输出端与所述电离层闪烁体位置计算单元的输入端联接。本发明的目的还可以通过以下技术措施实现，提供一种基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测方法，包括下列步骤，
(1)信标检测与确定，所述基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪检测信号接收模块接收的极轨气象卫星发射的信号，将所述信号确定为所述基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪监测的信标；
(2)工作信号接收，信号接收模块接收极轨气象卫星的信号，并对所述信号进行放大处理，然后再对放大处理后的信号进行下变频处理，将所述信号转换为中频信号；
(3)信号采集处理，所述信号采集处理模块对所述中频信号进行模数转换，计算信号幅度信息和相位信息；
(4)闪烁参数计算，所述数据处理模块根据所述信号幅度信息和所述信号相位信息进行闪烁指数计算，并计算闪烁体位置。所述信号接收模块设置有天线、高频放大器、第一下变频器和转换电路，所述天线联接至所述高频放大器的输入端，所述高频放大器的输出端与所述第一下变频器的输入端联接，所述第一下变频器的输出端与所述转换电路的输入端联接，所述转换电路的输出端与所述信号采集处理模块的输入端联接；
所述天线接收所述极轨气象卫星发射的信号，所述高频放大器对所述信号进行放大处理，所述第一下变频器对所述放大处理后的信号进行第一次下变频处理，获得第一下变频处理信号，所述转换电路对所述第一下变频处理信号进行第二下变频处理，获得中频信号；
所述信号采集处理模块设置有A/D转换电路和数字处理单元，所述A/D转换电路的输入端与所述第二下变频器的输出端联接，所述A/D转换电路的输出端与所述数字处理单元
5的输入端联接，所述数字处理单元的输出端与所述资料处理器模块的输入端联接；
所述A/D转换电路对输入的所述中频信号进行模数转换，获得数字信号，所述数字处理单元对所述数字信号进行处理，计算信号幅度信息和相位信息；
所述数据处理模块设置为计算机，所述计算机设置有幅度信息采集单元、相位信息采集单元、闪烁指数计算单元和电离层闪烁体位置计算单元；
所述计算机根据所述信号幅度信息和所述信号相位信息分别进行进行闪烁指数计算， 并计算闪烁体位置。本发明的一种基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪，设置有用于接收所述极轨气象卫星信号的信号接收模块、信号采集处理模块和数据处理模块，所述信号接收模块的输出端与所述信号采集处理模块的输入端联接，所述信号采集处理模块的输出端与所述数据处理模块的输入端联接。本发明的基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪，可以监测极轨气象卫星的信号进行电离层闪烁监测，计算闪烁指数并估算闪烁体的位置。本发明的一种基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测方法，包括下列步骤 (1)信标检测与确定，所述基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪检测信号接收模块接收的极轨气象卫星发射的信号，将所述信号确定为所述基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪监测的信标；(2)工作信号接收，信号接收模块接收极轨气象卫星的信号，并对所述信号进行放大处理，然后再对放大处理后的信号进行下变频处理，将所述信号转换中频信号；(3)信号采集处理，所述信号采集处理模块对所述中频信号进行模数转换，计算信号幅度信息和相位信息；(4)闪烁参数计算，闪烁参数计算，所述数据处理模块根据所述信号幅度信息和所述信号相位信息进行闪烁指数计算，并计算闪烁体位置。该监测方法可以监测极轨气象卫星的信号进行电离层闪烁监测，计算闪烁指数并估算闪烁体的位置。
结合附图对本发明作进一步的描述，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。图1是本发明一种基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪的结构示意图。在图1中，包括， 信号接收模块100、 信号采集处理模块200、 数据处理模块300、 天线10、
高频放大器20、 第一下变频器30、 转换电路40、 A/D转换电路50、 数字处理单元60、 计算机70。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。实施例1。一种基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪，如图1所示，设置有用于接收极轨气象卫星信号的信号接收模块100、信号采集处理模块200和数据处理模块300。信号接收模块100的输出端与信号采集处理模块200的输入端联接，信号采集处理模块200的输出端与数据处理模块300的输入端联接。信号接收模块100接收极轨气象卫星的信号， 并对所述信号进行放大处理，然后再对放大处理后的信号进行下变频处理，将所述信号转换中频信号。信号采集处理模块200对所述中频信号进行模数转换，计算信号幅度信息和相位信息。数据处理模块300根据所述信号幅度信息和所述信号相位信息进行闪烁指数计算，并计算闪烁体位置。信号接收模块100设置有天线10、高频放大器20、第一下变频器30和转换电路 40，天线10接收极轨气象卫星发射的信号，天线10联接至高频放大器20的输入端，高频放大器20的输出端与第一下变频器30的输入端联接，第一下变频器30的输出端与转换电路 40的输入端联接，转换电路40的输出端与信号采集处理模块200的输入端联接。天线10接收所述极轨气象卫星发射的信号，所述高频放大器20对所述信号进行放大处理，所述第一下变频器30对所述放大的信号进行第一次下变频处理，活动第一下变频处理信号，所述转换电路40对所述第一下变频处理信号进行第二下变频处理，获得中频信号。转换电路40设置有第二下变频器，第二下变频器的输入端与第一下变频器30的输入端联接，第二下变频器的输出端与信号采集处理模块200的输入端联接。信号采集处理模块200设置有A/D转换电路50和数字处理单元60，A/D转换电路50的输入端与第二下变频器的输出端联接，A/D转换电路50的输出端与数字处理单元 60的输入端联接，数字处理单元60的输出端与资料处理器模块的输入端联接。A/D转换电路50对输入的中频信号进行模数转换，获得数字信号，数字处理单元60对数字信号进行处理，计算信号幅度信息和相位信息。数字处理单元60设置为由现场可编程门阵列处理器FPGA和数字信号处理器DSP 构成的数字处理单元60。数据处理模块300设置为计算机70。计算机70设置有幅度信息采集单元、相位信息采集单元、闪烁指数计算单元和电离层闪烁体位置计算单元，幅度信息采集单元的输入端、相位信息采集单元的输入端分别与数字处理单元60的输出端联接，所述幅度信息采集单元的输出端、相位信息采集单元的输出端与闪烁指数计算单元的输入端联接，闪烁指数计算单元的输出端与电离层闪烁体位置计算单元的输入端联接。计算机70对信号幅度信息和信号相位信息分别进行进行闪烁指数计算，并计算闪烁体位置。本发明的基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪选择极轨气象卫星作为新的探测信标，极轨气象卫星的特点是以较快的速度跨越南北上空，将其信号用于电离层闪烁监测，有利于快速捕获电离层闪烁体及估算闪烁体尺度。通过本发明的基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪，可以监测极轨气象卫星的信号进行电离层闪烁监测，计算闪烁指数并估算闪烁体的位置。实施例2。
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一种基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测方法，采用如图1所述的基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪，包括下列步骤。(1)信标检测与确定，所述基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪检测信号接收模块100接收的极轨气象卫星发射的信号，将所述信号确定为所述基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪监测的信标。(2)工作信号接收，信号接收模块100接收极轨气象卫星的信号，并对所述信号进行放大处理，然后再对放大处理后的信号进行下变频处理，将所述信号转换中频信号。信号接收模块100设置有天线10、高频放大器20、第一下变频器30和转换电路 40，所述天线10联接至所述高频放大器20的输入端，所述高频放大器20的输出端与所述第一下变频器30的输入端联接，所述第一下变频器30的输出端与所述转换电路40的输入端联接，所述转换电路40的输出端与所述信号采集处理模块200的输入端联接。所述天线10接收所述极轨气象卫星发射的信号，所述高频放大器20对所述信号进行放大处理，所述第一下变频器30对所述放大的信号进行第一次下变频处理，活动第一下变频处理信号，所述转换电路40对所述第一下变频处理信号进行第二下变频处理，获得中频信号。(3)信号采集处理，所述信号采集处理模块200对所述中频信号进行模数转换，计算信号幅度信息和相位信息；信号采集处理模块200设置有A/D转换电路50和数字处理单元60，所述A/D转换电路50的输入端与所述第二下变频器的输出端联接，所述A/D转换电路50的输出端与所述数字处理单元60的输入端联接，所述数字处理单元60的输出端与所述资料处理器模块的输入端联接。所述A/D转换电路50对输入的所述中频信号进行模数转换，获得数字信号，所述数字处理单元60对所述数字信号进行处理，计算信号幅度信息和相位信息。(4)闪烁参数计算，闪烁参数计算，所述数据处理模块300根据所述信号幅度信息和所述信号相位信息进行闪烁指数计算，并计算闪烁体位置。所述数据处理模块300设置为计算机70，所述计算机70设置有幅度信息采集单元、相位信息采集单元、闪烁指数计算单元和电离层闪烁体位置计算单元。所述计算机70根据所述信号幅度信息和所述信号相位信息分别进行进行闪烁指数计算，并计算闪烁体位置。本发明的监测方法选择极轨气象卫星作为新的探测信标，极轨气象卫星的特点是以较快的速度跨越南北上空，将其信号用于电离层闪烁监测，有利于快速捕获电离层闪烁体及估算闪烁体尺度。通过本发明的基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测方法，可以监测极轨气象卫星的信号进行电离层闪烁监测，计算闪烁指数并估算闪烁体的位置。最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
权利要求
1.一种基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪，其特征在于设置有用于接收所述极轨气象卫星信号的信号接收模块、信号采集处理模块和数据处理模块，所述信号接收模块的输出端与所述信号采集处理模块的输入端联接，所述信号采集处理模块的输出端与所述数据处理模块的输入端联接。
2.根据权利要求1所述的基于极轨卫星信号的电离层闪烁监测仪，其特征在于所述信号接收模块设置有天线、高频放大器、第一下变频器和转换电路，所述天线接收所述极轨气象卫星发射的信号，所述天线联接至所述高频放大器的输入端，所述高频放大器的输出端与所述第一下变频器的输入端联接，所述第一下变频器的输出端与所述转换电路的输入端联接，所述转换电路的输出端与所述信号采集处理模块的输入端联接。
3.根据权利要求2所述的基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪，其特征在于 所述转换电路设置为第二下变频器，所述第二下变频器的输入端与所述第一下变频器的输入端联接，所述第二下变频器的输出端与所述信号采集处理模块的输入端联接。
4.根据权利要求1所述的基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪，其特征在于 所述信号采集处理模块设置有A/D转换电路和数字处理单元，所述A/D转换电路的输入端与所述信号接收模块的输出端联接，所述A/D转换电路的输出端与所述数字处理单元的输入端联接，所述数字处理单元的输出端与所述资料处理器模块的输入端联接。
5.根据权利要求3所述的基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪，其特征在于 所述信号采集处理模块设置有A/D转换电路和数字处理单元，所述A/D转换电路的输入端与所述第二下变频器的输出端联接，所述A/D转换电路的输出端与所述数字处理单元的输入端联接，所述数字处理单元的输出端与所述资料处理器模块的输入端联接。
6.根据权利要求5所述的基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪，其特征在于 所述数字处理单元设置为由现场可编程门阵列处理器FPGA和数字信号处理器DSP构成的数字处理单元。
7.根据权利要求6所述的基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪，其特征在于 所述数据处理模块设置为计算机。
8.根据权利要求7所述的基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪，其特征在于 所述计算机设置有幅度信息采集单元、相位信息采集单元、闪烁指数计算单元和电离层闪烁体位置计算单元，所述幅度信息采集单元的输入端、所述相位信息采集单元的输入端分别与所述数字处理单元的输出端联接，所述幅度信息采集单元的输出端、所述相位信息采集单元的输出端与所述闪烁指数计算单元的输入端联接，所述闪烁指数计算单元的输出端与所述电离层闪烁体位置计算单元的输入端联接。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测方法，其特征在于包括下列步骤(1)信标检测与确定，所述基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪检测信号接收模块接收的极轨气象卫星发射的信号，将所述信号确定为所述基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪监测的信标；(2)工作信号接收，信号接收模块接收极轨气象卫星的信号，并对所述信号进行放大处理，然后再对放大处理后的信号进行下变频处理，将所述信号转换为中频信号；(3)信号采集处理，所述信号采集处理模块对所述中频信号进行模数转换，计算信号幅度信息和相位信息；(4)闪烁参数计算，所述数据处理模块根据所述信号幅度信息和所述信号相位信息进行闪烁指数计算，并计算闪烁体位置。
10.根据权利要求9所述的基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测方法，其特征在于所述信号接收模块设置有天线、高频放大器、第一下变频器和转换电路，所述天线联接至所述高频放大器的输入端，所述高频放大器的输出端与所述第一下变频器的输入端联接，所述第一下变频器的输出端与所述转换电路的输入端联接，所述转换电路的输出端与所述信号采集处理模块的输入端联接；所述天线接收所述极轨气象卫星发射的信号，所述高频放大器对所述信号进行放大处理，所述第一下变频器对所述放大处理后的信号进行第一次下变频处理，获得第一下变频处理信号，所述转换电路对所述第一下变频处理信号进行第二下变频处理，获得中频信号；所述信号采集处理模块设置有A/D转换电路和数字处理单元，所述A/D转换电路的输入端与所述第二下变频器的输出端联接，所述A/D转换电路的输出端与所述数字处理单元的输入端联接，所述数字处理单元的输出端与所述资料处理器模块的输入端联接；所述A/D转换电路对输入的所述中频信号进行模数转换，获得数字信号，所述数字处理单元对所述数字信号进行处理，计算信号幅度信息和相位信息；所述数据处理模块设置为计算机，所述计算机设置有幅度信息采集单元、相位信息采集单元、闪烁指数计算单元和电离层闪烁体位置计算单元；所述计算机根据所述信号幅度信息和所述信号相位信息分别进行进行闪烁指数计算， 并计算闪烁体位置。
全文摘要
一种基于极轨气象卫星信号的电离层闪烁监测仪及监测方法，监测仪设置有用于接收所述极轨气象卫星信号的信号接收模块、信号采集处理模块和数据处理模块。信号接收模块设置有天线、高频放大器、第一下变频器和转换电路。信号采集处理模块设置有A/D转换电路和数字处理单元。数据处理模块设置为计算机。监测方法，包括(1)信标检测与确定；(2)工作信号接收；(3)信号采集处理；(4)闪烁参数计算，进行闪烁指数计算，并计算闪烁体位置。本发明可以监测极轨气象卫星的信号进行电离层闪烁监测，计算闪烁指数并估算闪烁体的位置。
文档编号G01T1/29GK102176046SQ201110031389
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者单海滨, 张效信, 张荣楷, 曹静, 王劲松, 翁俊铿, 郭建道 申请人:国家卫星气象中心, 广州气象卫星地面站