[發明專利]基于CLEAN算法的電離層電子密度反演方法

有效

• 申請號: 202010430957.5
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111580061B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 郝紅連;趙必強;樂新安;丁鋒;曾令旗
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

1.一種基于CLEAN算法的電離層電子密度反演方法，其特征在于，該方法包括：

步驟S100，獲取一個脈沖重復周期內電離層散射的回波信號并進行下變頻，得到IQ數字信號；所述回波信號包括脈沖發射期間，雷達接收機采樣的回波信號；

步驟S200，提取并刪除IQ數字信號中脈沖發射期間采集的信號部分；基于剩余的信號數據，結合預設的距離門個數及各距離門的FFT點數，通過預設的第一方法構建二維矩陣；

步驟S300，基于所述二維矩陣中各距離門對應的信號數據，通過頻域FFT算法解碼計算各距離門高度的信號功率譜，作為第一功率譜數據；

步驟S400，循環執行步驟S100-步驟S300，獲取W個脈沖重復周期內各距離門高度的第一功率譜數據并進行累加，作為第二功率譜數據；通過雷達接收機系統的頻率響應函數對第二功率譜數據進行去噪，得到第三功率譜數據；其中，W為正整數；

步驟S500，基于CLEAN算法，結合脈沖發射期間采樣的回波信號，對各第三功率譜數據進行解卷積，得到第四功率譜數據；

步驟S600，獲取第四功率譜數據中每個高度的等離子體頻率，并通過樣條插值法獲取整個高度剖面的等離子體譜線；基于所述等離子體譜線，利用朗繆爾色散關系擬合得到電離層的電子密度剖面。

2.根據權利要求1所述的基于CLEAN算法的電離層電子密度反演方法，其特征在于，步驟S200中“提取并刪除IQ數字信號中脈沖發射期間采集的信號部分”，其方法為：

計算IQ數字信號各采樣點的瞬時功率值，作為第一功率值；

結合多個采樣點的第一功率值求平均，得到IQ數字信號各采樣點對應的第二功率值；

計算各采樣點第二功率值之間的差，將差大于設定的門限值的數據點的位置作為脈沖發射期間，雷達采樣信號的起始點位置，將差小于設定的門限值的數據點的位置作為脈沖發射期間，雷達采樣信號的截止點位置；

計算所述起始點位置與所述截止點位置的差的絕對值，作為脈沖發射期間，雷達采樣的總的信號數據點個數。

3.根據權利要求1所述的基于CLEAN算法的電離層電子密度反演方法，其特征在于，步驟S200中“通過預設的第一方法構建二維矩陣”，其方法為：

步驟S210，設脈沖發射期間，雷達采樣的總的信號數據點個數為M；

步驟S211，將M+1個數據點至M+M個數據點的信號作為二維矩陣第一行元素的前M個元素，剩余元素置零，組成第一個距離門要進行FFT計算的數據；

步驟S212，令M＝M+1，根據預設的距離門個數，迭代執行步驟S211，構建二維矩陣。

4.根據權利要求1所述的基于CLEAN算法的電離層電子密度反演方法，其特征在于，步驟S300中“通過頻域FFT算法解碼計算各距離門高度的信號功率譜”，其方法為：

其中，表示各距離門對應的信號功率譜，X_N(e^jω)為各距離門對應的頻譜，N表示各距離門對應的信號數據點個數，x_N(n)表示各距離門對應的有限長數據序列，n表示各數據點下標。

5.根據權利要求4所述的基于CLEAN算法的電離層電子密度反演方法，其特征在于，若步驟S400中“通過雷達接收機系統的頻率響應函數對第二功率譜數據進行去噪”其方法為：

其中，|H(ω)|²表示雷達接收機系統的頻率響應，表示去噪后的功率譜數據。