РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДНЫХ И ФАЗОВЫХ ФЛУКТУАЦИЙ СИГНАЛА НАКЛОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ИОНОСФЕРЫ

April 25, 2012 by admin Комментировать »

Петрова И. Р., Бочкарев В. В., Теплов В. Ю. Казанский государственный университет (КГУ) Кремлевская, д. 18, Казань – 420008, Россия Тел.: +7(8432)388132; e-mail: lnna.Petrova@ksu.ru

Аннотация – Рассмотрено влияние амплитудных и фазовых флуктуаций сигнала наклонного зондирования ионосферы на точность определения углов прихода в антенной системе с малой базой.

I.  Введение

Задача определения углов прихода радиолуча в КВ- диапазоне имеет большое практическое значение. Применительно к исследованиям ионосферы, это позволяет определять положение и характеристики ионосферных возмущений. При использовании антенной системы с малой базой для определения углов прихода необходимо достичь высокой точности оценки разностей фаз радиосигнала в антеннах. Построение оптимальных алгоритмов оценивания требует знания закона распределения флуктуаций сигнала. Кроме того, сопоставление эмпирических распределений с теоретическими и численными моделями позволяет получить дополнительную информацию о статистических характеристиках ионосферных неоднородностей [1].

II.  Основная часть

На доплеровском фазо-угломерном комплексе Казанского университета проводятся измерения сигнала наклонного зондирования ионосферы для различных коротковолновых радиотрасс. Используется антенная система с малой базой, состоящая из 4-х антенн, наибольшее расстояние между которыми 15.6 м. Был выполнен большой объем измерений сигналов станции точного времени РВМ (Москва) на частотах 5, 10 и 15 МГц, а также ряда вещательных станций с частотами от 5 до 17 МГц, передатчики которых расположены в Москве, Краснодаре, Екатеринбурге, Архангельске, Санкт-Петербурге, Иркутске, а так же на территории Германии и Греции.

На основе полученных данных были проанализированы распределения флуктуаций уровня ионосферного сигнала, совместные распределения уровня для 2-х антенн, распределения разности фаз сигнала в соседних антеннах и набега фазы за некоторый интервал времени т. Основной проблемой при оценивании плотности распределения параметров ионосферного сигнала является наличие корреляции между соседними отсчетами. Был использован метод оценивания плотности распределения, основанный на вейвлет- преобразовании [2], позволяющий решить данную проблему.

Для распределений флуктуаций амплитуды ионосферного сигнала используется ряд теоретических моделей. Теория возмущений дает для амплитудных флуктуаций распределение Райса. В приближении метода плавных возмущений и при условии быстрого спада пространственных корреляций в рассеивающей среде для амплитуды может быть получено ло- гарифмически-нормальное распределение [1]. Анализ полученных данных показывает, что распределения квадратурных компонент сигнала, как правило, существенно отличны от нормального. Гипотеза о нормальном распределении отвергается в 70% случаев при использовании теста Jarque-Bera и уровне значимости – 5%.

Рис. 3. Примеры плотности распределения вероятности разности фаз сигнала в соседних антеннах.

Fig. 3. Examples of signal phase difference probability distribution in adjacent antennas

При преобладании зеркальной компоненты распределение разности фаз на близких антеннах носит сложный характер, имеет несколько максимумов, что обусловлено интерференцией различных мод распространения. По виду распределения вблизи максимумов может быть оценена точность определения углов прихода радиолуча. При значительном уровне рассеянного сигнала эмпирическая плотность распределения может быть хорошо аппроксимировано выражением

В данном приближении может быть построена эффективная процедура оценивания разностей фаз по методу наибольшего правдоподобия.

В докладе так же рассматривается влияние статистических характеристик фазовых флуктуаций на точность определения углов прихода радиолуча. Приведены оценки точности для использованной антенной системы при различных условиях распространения.

III.  Заключение

Таким образом, проанализированы распределения амплитудных и фазовых флуктуаций сигнала наклонного зондирования ионосферы для различных КВ- радиотрасс и условий распространения. Проведено сопоставление с известными модельными распределениями. Предложены модельные распределения для флуктуаций амплитуды и разностей фаз для случая сильного рассеяния. С помощью полученных данных оценено влияние флуктуаций фаз на точность определения углов прихода радиолуча в системе с малой базой.

[1] Рытое С. М., Кравцов Ю. А., Татарский В. И. Введение в статистическую радиофизику. Часть II. Случайные поля. М.: Наука, 1978.

[2] Donoho D. L., Johnstone I. М., Kerkyacharian С., Ricard D. Density estimation by wavelet thresholding. Ann. Statist., 24, pp.508-539, 1996.

[3] Шредер М. Фракталы, хаос и степенные законы. Ижевск, РХД, 2001.

DISTRIBUTIONS OF AMPLITUDE AND PHASE FLUCTUATIONS IN TILT IONOSPHERIC SOUNDING SIGNALS

Petrova I. R., Bochkarev V. V., Teplov V. Yu.

Kazan State University 18 Kremlevskaya Str., Kazan – 420008, Russia phone +7 (8432) 388132 e-mail: lnna.Petrova@ksu.ru

Abstract – The impact of amplitude and phase fluctuations in tilt ionospheric sounding signals on the accuracy of determining angles of arrival in small-base antenna systems is discussed.

I.  Introduction

Determining angles of arrivals for shortwave radio beams is of great practical significance in the ionosphere research.

The assessment of radio-frequency signal phase differences in antennas should be highly accurate when small-base antenna systems are used to define the angles of arrival.

Developing optimal algorithms for the parameter definition requires the knowledge of the signal amplitude and phase fluctuation distributions.

II.  Main Part

The obtained experimental data allowed for the distributions of ionospheric signal level fluctuations, combined level distributions for two antennas, and distributions of signal phase differences in adjacent antennas to be analysed. We have carried out the comparison of empirical distributions of ionospheric signal amplitude fluctuations using theoretical models, such as Rician distribution, lognormal distribution, etc. Amplitude fluctuation distributions for various radio links and propagation conditions have also been compared.

Phase fluctuation distributions in received signals have been analysed. It is evident that the distributions considerably differ from uniform for realizations with a significant reflect component. A possibility is shown for identifying signal realizations with prevailing reflection or scattered components by determining the distribution entropy.

The influence of statistical characteristics of phase fluctuations on the accuracy of defining the angles of arrival has been considered. Accuracy estimates for the employed antenna system in various propagation conditions are summarised in this report.

III.  Conclusion

Amplitude and phase fluctuation distributions of tilt ionospheric sounding signals have been analysed for various shortwave radio links and propagation conditions. Comparison to known model distributions has been carried out. Model distributions for amplitude and phase difference fluctuations in case of strong scattering are proposed. The available data allowed for the influence of phase fluctuations on the accuracy of defining angles of arrival in small-base systems to be estimated.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты