Определение параметров ионосферной плазмы на радаре некогерентного рассеяния

Внедрение: 2013 г.

Специалистами Института ионосферы (г. Змиев, Украина) предложено устройство и разработано программное обеспечение для определения автокорреляционной функции сигнала некогерентного рассеяния [1]. Использование модуля АЦП типа Е20‑10 позволило в 6 раз уменьшить интервал дискретизации сигнала и повысить точность определения автокорреляционной функции.

Для определения параметров ионосферной плазмы на радаре некогерентного рассеяния (НР) Института ионосферы используется корреляционная обработка сигнала рассеяния.

Рисунок 1. Радар некогерентного рассеяния метрового диапазона с неподвижной антенной вертикального излучения диаметром 100 м (г. Змиев, Украина).

Рисунок 2. Верхний отражатель радара некогерентного рассеяния метрового диапазона с неподвижной антенной вертикального излучения диаметром 100 м (г. Змиев, Украина).

Одним из этапов обработки является преобразование сигнала в цифровой вид и вычисление его автокорреляционной функции (АКФ). Существующий 19‑канальный коррелятор радара выполнен на основе жесткой логики. В режиме излучения длинного зондирующего импульса интервал дискретизации входного сигнала составляет около 30 мкс. Это позволяет получить требуемый интервал задержек до 540 мкс. При синусно-косинусной обработке НР‑сигнала на каждую составляющую выделяется по 9 каналов. Соответственно, интервал задержек увеличивается вдвое, до 60 мкс. Таким образом, измеренная АКФ сигнала представляется в виде 9 отсчетов. На больших высотах, вследствие уменьшения интервала корреляции среды, информативными часто оказываются только первые 4‑5 отсчетов. Это ведет к повышению неопределенности при решении обратной задачи – сопоставлении измеренных АКФ с модельными и определении параметров ионосферной плазмы. Уменьшение интервала задержек и, соответственно, интервала дискретизации входного сигнала ограничивается числом каналов коррелятора. 

C целью повышения точности определения АКФ НР сигнала в Институте ионосферы разработан коррелятор нового поколения, использующий модуль АЦП Е20‑10. Данное решение позволило обрабатывать значительно больший объем данных по сравнению с корреляторами на основе жесткой логики и уменьшить интервал дискретизации входного сигнала с 30.555 мкс до 5.1 мкс. При этом число отсчетов АКФ возросло в 6 раз. 

В качестве примера на рисунке 3 приведена АКФ шума на выходе радиоприемного устройства, а на рисунке 4 – АКФ сигнала на высоте 800 км, измеренные с интервалами дискретизации 30.555 мкс и 5.1 мкс.

Рисунок 3. АКФ шума на выходе радиоприемного устройства.

Рисунок 4. АКФ сигнала некогерентного рассеяния на высоте 800 км.

Видно, что благодаря уменьшению шага дискретизации, точность определения формы АКФ значительно увеличилась. Существенно повысилась точность определения значений первого минимума АКФ. Количество отсчетов АКФ сигнала некогерентного рассеяния на высоте 800 км на участке от t=0 до первого минимума увеличилось до 16.

Выводы. Разработанный коррелятор позволил в 6 раз уменьшить интервал дискретизации входного сигнала и увеличить количество отсчетов АКФ. Тем самым существенно уменьшилась неопределенность при решении обратной задачи, что позволит повысить точность определения ионосферных параметров на высотах 600 - 2000 км.

Источник:

Искра Д.А. Повышение точности определения автокорреляционных функций сигнала некогерентного рассеяния // Вестник Национального технического университета “Харьковский политехнический институт”. Серия: “Радиофизика и ионосфера”. – 2013. – № 33 (1066). – С. 34‑37.

Разработчик: Искра Д.А. (Институт ионосферы, Харьков)