技术摘要：
本发明公开了一种雷达收发时序可变的电离层测高仪数控系统及方法，用于根据雷达探测频率设置收发延迟，产生时序控制信号，在时序信号使能下控制电离层测高仪产生所用的发射信号，与处理电离层反射的回波信号；该系统通过FPGA实现，系统包括：雷达时序产生模块、编码序  全部
背景技术：
电离层测高仪是目前较为成熟、广泛应用的地面电离层探测设备，其垂直向上发 射频率为1-30MHz的高频电磁波，当发射频率与电离层等离子体频率相等时电磁波发生反 射，通过获取反射信号到达接收机的时间绘制电离层频高图，反演电离层特征参数。在电离 层测高仪的收发时序中，测高仪采用最大探测高度所对应的收发延迟作为接收时间，当发 射信号完成后立即打开接收通道，接收回波信号。此种方式可使所有探测高度范围内的回 波信号均可被测高仪接收，但会导致系统长时间接收噪声信号，而不是有效的回波信号，难 以实现电离层的快速探测。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种雷达收发时序可变的电离层测 高仪数控系统及方法。 为了实现上述目的，本发明提出了一种雷达收发时序可变的电离层测高仪数控系 统，用于根据雷达探测频率设置收发延迟，产生时序控制信号，在时序信号使能下控制电离 层测高仪产生所用的发射信号，与处理电离层反射的回波信号；其特征在于，所述系统通过 FPGA实现，所述系统包括：雷达时序产生模块、编码序列读取模块、信号产生模块、模数转换 模块、数字下变频模块、数据打包模块和数据缓存模块；其中， 所述雷达时序产生模块，用于根据雷达探测频率，设置产生发射控制信号与接收 控制信号间的延迟时长，依据延迟时长交替产生控制电离层测高仪收发信号的发射控制信 号和接收控制信号； 所述编码序列读取模块，用于在发射控制信号的控制下，从Block  RAM中读取二进 制码元，并将该二进制码元发送至信号产生模块作为发射信号的相位调制编码序列； 所述信号产生模块，用于在发射控制信号的控制下，通过接收的二进制码元相位 调制产生发射信号和载波信号； 所述模数转换模块，用于在接收控制信号的控制下，将经电离层测高仪接收的回 波信号由模拟信号转换为中频数字信号，并发送至所述数字下变频模块； 所述数字下变频模块，用于在接收控制信号的控制下，完成中频数字信号的变频 与抽取处理，并将处理后的回波数据发送至所述数据打包模块； 所述数据打包模块，用于对收到的回波数据进行打包处理，并将打包数据发送至 所述数据缓存模块； 所述数据缓存模块，用于对接收到的打包数据进行缓存，并将缓存后数据发送至 上位机。 4 CN 111580092 A 说　明　书 2/8 页 作为上述系统的一种改进，所述系统还包括：上位机数据处理模块，用于从缓存数 据中获取回波信号的准确时间延迟，完成电离层频高图的绘制。 作为上述系统的一种改进，所述雷达时序产生模块包括Rxdelay设置单元、控制信 号产生单元和雷达探测频率步进单元： 所述Rxdelay设置单元，用于根据雷达探测频率，设置产生发射控制信号与接收控 制信号间的延迟时长Rxdelay；Rxdelay取值范围由探测高度决定； 所述控制信号产生单元，用于当收到上位机的脉冲信号使能时，按照所设置的延 迟时长Rxdelay，交替发出一个发射控制信号和一个接收控制信号，从而完成一次电离层观 测；直到达到预设电离层观测次数； 所述雷达探测频率步进单元，用于步进增加雷达探测频率，当步进增加后的雷达 探测频率未达到预设的频率范围时，将该雷达探测频率输入所述Rxdelay设置单元。 作为上述系统的一种改进，所述控制信号产生单元的具体实现过程为： 当收到上位机的脉冲信号使能时，发出发射控制信号并开始计时，当计时达到 400us，停止发射控制信号； 当计时达到Rxdelay，发出接收控制信号； 当计时达到Rxdelay 480μs，停止接收控制信号，从而完成一次电离层测试； 20μs后重复上述步骤，直到达到预设电离层观测次数。 作为上述系统的一种改进，所述信号产生模块包括：发射信号产生单元和载波信 号产生单元；其中， 所述发射信号产生单元，用于在发射控制信号的控制下，通过接收的二进制码元 进行相位调制，产生1-30MHz的发射信号； 所述载波信号产生单元，用于在发射控制信号的控制下，产生71-100MHz的载波信 号，该载波信号作为模拟接收电路的高频本振信号与1-30MHz的回波信号进行混频，得到中 心频率固定为70MHz，带宽为80kHz的中频信号。 作为上述系统的一种改进，所述模数转换模块在接收控制信号的控制下，由采样 率为40MHz的双通道模数转换器对接收到的回波信号进行转换，由模拟信号转换为中频数 字信号。 作为上述系统的一种改进，所述数字下变频模块采用有限脉冲响应滤波器作为数 字下变频中的抗混叠滤波器，在接收控制信号的控制下，中频数字信号经变频滤波处理后， 进行抽取因子为20的抽取处理，处理后的回波数据发送至数据打包模块。 作为上述系统的一种改进，所述数据打包模块，通过状态机将一次测量接收的回 波数据打包为一组数据流发送至数据缓存模块。 作为上述系统的一种改进，所述数据缓存模块，通过DMA方式将打包数据缓存到 DDR3内，并将DDR3中的缓存数据通过TCP协议传输到上位机中。 本发明还提出了一种雷达收发时序可变的电离层测高仪数控方法，所述方法包 括： 所述雷达时序产生模块根据雷达探测频率，设置产生发射控制信号与接收控制信 号间的延迟时长，依据延迟时长交替产生控制电离层测高仪收发信号的发射控制信号和接 收控制信号； 5 CN 111580092 A 说　明　书 3/8 页 所述编码序列读取模块从Block  RAM中读取二进制码元，并将该二进制码元发送 至信号产生模块作为发射信号的相位调制编码序列； 所述信号产生模块在发射控制信号的控制下，通过接收的二进制码元进行相位调 制产生发射信号和载波信号； 所述模数转换模块在接收控制信号的控制下，将经电离层测高仪接收的回波信号 由模拟信号转换为中频数字信号，并发送至所述数字下变频模块； 所述数字下变频模块在接收控制信号的控制下，完成中频数字信号的变频与抽取 处理，并将处理后的回波数据发送至所述数据打包模块； 所述数据打包模块对收到的回波数据进行打包处理，并将打包数据发送至所述数 据缓存模块； 所述数据缓存模块对接收到的打包数据进行缓存，并将缓存后数据发送至上位 机。 与现有技术相比，本发明的优势在于： 1、本发明依据发射频率设置收发延迟，当电离层测高仪接收到回波信号后接收通 道关闭；与最大探测高度作为接收时间的方式相比，有效降低测高仪的接收时间，缩短系统 的探测周期； 2、本发明数据存储量少：测高仪根据收发延迟延时一段时间后再打开，可准确获 取有效回波信号数据，极大减少了噪声信号的获取，降低数据的存储量。 附图说明 图1是本发明雷达收发时序可变的电离层测高仪数控系统中延时可变收发时序的 实现； 图2是本发明雷达收发时序可变的电离层测高仪数控系统的组成框图； 图3是本发明实施例1的40位码元时序信号与编码已调信号波形图； 图4是本发明实施例1的信号产生模块信号产生过程框图； 图5是本发明实施例1的数字下变频模块组成图； 图6是本发明实施例1的数字下变频模块中的抗混叠滤波器的频率响应函数波形 图； 图7是本发明实施例1的数字下变频模块仿真结果波形图； 图8是本发明实施例1的仿真验证产生10MHz的脉冲发射信号与其局部图； 图9是本发明实施例1的仿真验证1.04MHz余弦信号的系统输出结果。