時(shí)延測試與數據處理

了分析頻率相對時(shí)延的真實(shí)特性，利用數字式電離層斜向探測系統同時(shí)對三條短波路徑進(jìn)行了一天連續測試[8]，三條路徑分別為：新鄉至青島580 km，測試時(shí)間間隔1h；新鄉至重慶940 km，測試時(shí)間間隔2 h；新鄉至廣州1 380 km，測試時(shí)間間隔為2 h。斜向探測系統組成如圖1所示。

圖1 斜向探測系統組成A/D數據處理器數字式測高儀BPM鐘同步器發(fā)射端掃頻接收機A/D數據處理終端BPM鐘同步器接收端
測試時(shí)系統發(fā)射端在短波頻段內以一定的頻率間隔進(jìn)行掃頻，在每一掃頻點(diǎn)的駐留時(shí)間內發(fā)射若干脈沖，接收端同時(shí)開(kāi)始掃頻接收，經(jīng)數據處理輸出測試結果。測試過(guò)程中，系統的脈沖個(gè)數、脈沖寬度及脈沖重復頻率都可以設置。測試精度主要決定于收發(fā)兩端的頻率同步和時(shí)間同步精度，只要收發(fā)兩地的起始頻率、終止頻率、頻率步長(cháng)、脈沖重復頻率、每個(gè)頻率的持續時(shí)間做到一致，就能保證良好的頻率同步。時(shí)間同步是利用BPM短波鐘實(shí)現，其精度主要決定于GPS短波授時(shí)系統的精度和A/D轉換器精度。整個(gè)系統的測試精度小于10 μs。
實(shí)際測試的各類(lèi)參數設置如下：頻率范圍在2～30 MHz；頻率步長(cháng)在50 kHz；脈沖寬度在66 μs，掃頻速度在1 000 ms；每頻脈沖數100。
測試得到了大量的離散數據，非單模傳播數據對應的是一個(gè)頻點(diǎn)有幾個(gè)時(shí)延值。數據處理的第一步工作是整理出單模(一跳F層)傳播數據。
受測試系統的頻率分辨率與接收靈敏度和去干擾能力限制的影響，測試結果的頻率最小間隔為10 kHz。由于信道是時(shí)變的，所以導致測試數據的頻點(diǎn)間隔不固定(頻率間隔兩兩彼此不同)，使得從原始數據中直接得到某固定頻率間隔相對時(shí)延的樣本數量非常有限，有時(shí)根本就沒(méi)有。將離散曲線(xiàn)擬合成連續曲線(xiàn)就能解決樣本數量不足的問(wèn)題。數據處理的第二步工作采用最小二乘法對單模傳播時(shí)延數據進(jìn)行擬合，擬合結果表明，單模傳播的絕對時(shí)延與頻率的關(guān)系基本接近于三次曲線(xiàn)，擬合的均方根誤差平均值如表1所示，從表中看出大部分為10 μs左右(與測試誤差相當)。采用的擬合公式為

式中