[发明专利]一种基于广域分布式短波网的电离层参数反演与大范围模型重构方法

权利要求书

1.一种基于广域分布式短波网的电离层参数反演与大范围模型重构方法，其特征在于，确定一个广域分布式短波网主站以及若干广域分布式短波网分站，具体方法包括：

步骤1：基于广域分布式短波网各站点接收机采集网内同步发射的短波合作通信信号；

步骤2：根据每个站点接收到的信号质量，选择合适的接收站点；

步骤3：基于粒子群方法，对信号进行运算分别估计出每个发射站点至接收站点的天波传播信号时延；

步骤4：将每个接收站获取的时延数据传输至中心站服务器；

步骤5：在中心站服务器中，基于电离层模型反演出当前局部电离层参数；

步骤6：在中心站服务器中，基于神经网络等算法将局部电离层参数重构出大范围电离层模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于广域分布式短波网的电离层参数反演与大范围模型重构方法，其特征在于：步骤1中的短波收发系统为现有广域分布式短波网，其中包括短波发射天线与发射机、短波接收天线与接收机、外置GPS同步系统、中心站服务器以及各收发站之间的互联通信网络。

3.根据权利要求1所述的一种基于广域分布式短波网的电离层参数反演与大范围模型重构方法，其特征在于：步骤2中所述的各站点接收到的信号质量要求信噪比大于10dB以上，要求一组有效接收站不少于3个，而且传播链路彼此尽量相邻，并以此作为选择接收站的条件。

4.根据权利要求1所述的一种基于广域分布式短波网的电离层参数反演与大范围模型重构方法，其特征在于：步骤5中所述的当前电离层参数包括电离层截止频率、底高和电子浓度最大高度，其中电离层模型可采用准抛物线模型，且电子密度近似认为是：

其中，N_e(r)是距地心r公里处的电子浓度；N_m＝f_c²/80.6为电子密度最大值；f_c是临界频率；r_m是电子浓度最大值N_m所处的高度；r_b是电离层底的高度；y_m＝r_m-r_b是电离层半厚度；

在单层QP模型下，探测频率为f、发射仰角为β的信号的群路径p'和落点处地面大圆距离D可以精确地计算出来，群路径p'和地面距离D之间的关系如下：

其中，

γ为射线在电离层底的入射角；由于是关于分布式短波网各发射站和接收站位置已知，所以大圆距离D是确定的；已知工作频率f的情况下，发射仰角β通过解析的方法求出；求出的β有两个值，一个是高仰角，一个是低仰角，其中高仰角对应的群路径p'是高仰角射线，低仰角对应的群路径p'是低仰角射线。

5.根据权利要求1所述的一种基于广域分布式短波网的电离层参数反演与大范围模型重构方法，其特征在于：所述的短波信号在3～30MHz频段范围内。

6.根据权利要求1所述的一种基于广域分布式短波网的电离层参数反演与大范围模型重构方法，其特征在于：所述的短波网内各接收站点中，短波天线接收到的短波合作信号，输出给短波全数字接收机并进行信号采集；将采集数据通过USB接口与处理单元进行交互，采样数据经过FPGA+DSP处理单元处理后与中心接收站进行联网并作相关处理。

7.根据权利要求1所述的一种基于广域分布式短波网的电离层参数反演与大范围模型重构方法，其特征在于：所述的短波网内各收发站点均基于外置GPS或北斗接收机进行同步，外置GPS或北斗接收机输出精度为20ns以内的pp1s信号，并通过RS232输出的同步信号与处理单元进行同步。