卫星信标差分载波相位测量TEC

卫星信标差分载波相位测量TEC 卫星信标差分载波相位测量 TEC 112王丹琦，韩振 华，张建 ,1.新疆师范大学 物理与电子工程学院 ，新 疆 乌 鲁 木 齐 830054,2.新疆师范大学 计算机科学技术学院 ，新 疆 乌 鲁 木 齐 830054, 摘 要 ,电离层电子总含量 广泛的应用于卫星定位 、导 航 、通 信 等 领 域 ，所 以 精 确 求 解 变 得 越 来 越 重 要 。 在 精 确 求 解 TEC TEC TEC [1]过程中存在三大误差来源,电离层模型误差 ,接收机硬件误差 ,GPS 卫 星 硬 件 误 差 。该文通过改进接收机电路结构的方法来提高 在 卫星信标差分载波相位测量中相位的精确度 ，进而达到精确求解 TEC 的 目 的 。 该文采用多周期同步法来测量载波的相位 差 。 关 键 词 ,精 确 求 解 TEC,相 位 检 测 ,单 片 机 ,计 数 器 中 图 分 类 号 ,文 献 标 识 码 ,文 章 编 号 ,TN98 1009-3044(2011)02-0451-02 A Researchon the TEC Basedon Satellite Beacon Differential Carrier PhaseMeasurement 112WANG Dan-qi, HAN Zhen-hua, ZHANG Jian (1.Collegeof Physics and Electronic Engineering, Xinjiang Normal University,Urumqi 830054, China; 2.Collegeof Computer Science and Technology, Xinjiang Normal University,Urumqi 830054,China) Abstract: Today total contentTEC of Ionized layer electron widespread applicationin satellite positioning, guidance, correspondencedo- mains and on,so therefore solvesTEC precisely is more and more important. There sourceare threes of error duringthe process of solves TEC exactly:The error of Ionospheric model; Hardware of errorReceiver; Hardware errorof GPS satellites.In this paper,the method s to improve the receiver circuit beto used increase the phase measurement inaccuracy the satellite beacon differential carrier phase,it can then be used to accurate solveTEC. The methodof multi-cycle synchronization be usedto measure the phase difference in this paper. Key words: TEC exact solution; phase detection; chip single micyoco; counter 1 概述 电离层电子总含量 TEC不仅是描述电离层等离子体的状态的重要参 量 ，也 是 卫 星 导 航 ，定 位 授 时 及 遥 感 ，遥测等空间应用工程 中受关注的电离层参量 。 近 年 来 ，随着全球定位系统 GPS的 出 现 及 全 球 GPS观 测 台 站 的 建 立 ，提供了十分有效的观测全球 TEC 的 分布与变化的手段 。 使 用 GPS载波相位测量可以得到精确度较高的相 对 TEC。 目前测量相位的方法很多 ，大致可分为模拟方法和数 字 方 法 两 类 ，数 字 测 相 的 精 度 较 高 。 数字测量相位的原 理[2] [3]是对两输入信号的波形进行变换和比较 ，而后将变换后的信号送入 鉴 相 器 ，最终得到相位差 。 这种方法目前应用比较广 泛 ，精 度 较 高 ，电路形式也相对比较简单 ，实现起来比较容易 。 2 差分载波相位 2.1 载 波 相 位 超 前 [4]当 电 波 频 率 F 大于等离子体频率 Fp 时，例 如 F 大 于 100MHz时 X<<1,Y<<1,Z<<1地磁场与碰撞的影响可以忽,略，在 高 频 近 似 下 A-H 公 式 简 化 为 , 其中波在介质中传播了一段距离 后 ，相 位 的 改 变 为 ,L ，第二项是由于介质相折射指数小于 ，相 速 度 大 于等式右边第一项电磁波在真空中以光 速传播时的相位改变 其 中 , 1 光速而造成的载波相位超前 ，此超前量与电子含量成正比与电波的频率成反比 。 2.2 差 分 载 波 相 位 如果发射两频率不相等的相干电波 ，频 率 分 别 为 F1=m1F0,F2=m2F0,m1不 等 于 m2 那么传播一段距离后 ，两只波的相位改变分 别 为 , 为了比较频率不相干的两只波的相位必须先把他们 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 到同一频率上 ，于是两载波信号之间的相位差为 , 收 稿 日 期 ,2010-11-18 基 金 项 目 ,新疆师范大学校级优秀青年教师启动项目资助 作 者 简 介 ,王 丹 琦 ,1980-,，女 ，新疆乌鲁木齐人 ，讲 师 ，主要从事信号处理和电路系统方面的研究 。 第 卷 第 期年 月Computer Knowledge and Technology电脑知识 与技术 7 2 (2011 1 ) 其 中 , 对于确定的电波频率是常数 。两 列 波 由 发 射机发出时的初相位已知 。 当 已 知 时 ，载波相位差是沿传播路 m1,m2,F0 径总电子含量的线性函数 。因此由差分载波相位能推算出电子含 量 。 3 相位测量电路 测相系统原理图 图 1 3.1 测 量 原 理 通常测量相位的方法是对两输 入信号的波形进行变换和比较 ，然 后 利 用计数脉冲对相位差脉冲进行填充 ，然后计算计数脉冲个数 ，再 取 平 均 值 求 相 位 差 ，这种方法电路形式相对比较简单 ，但是对于这种方法而 [56]-言 ，当 输入信号频率较高而相位差又非常小时 ，相位差脉冲就会非常 窄 ，此时测得的相位误差就比较大 ，而且这种方法测量的精度和计数脉 冲的频率有关系 ，计数脉冲频率越高 ，测 量 精 度 越 高 。所以本系统在这 个 方 法 的 基 础 上 ，采用多周期测量 ，提高系统的测频范围 。 [7-8]如 图 1 所 示 ，多周期同步计数法 ，就是对输入信号周期进 行 填 充 式 脉 冲 计 数 。 将两路载波信号通过过 零 比较器对二者进行整形 ，然 后 求 出异或后的相位差信号 。利 用 D 触发器产生一个宽度为整数个被测信号 周 期的同步闸门信号 ，然后将相位差信号 ，时钟脉冲信号和同步闸门信 号一起送入单片机中进行鉴相 ， 利用单片机的两个定时器来计 数 ，T1 用 来测量同步闸门信号中时钟脉 冲 的 个 数 ，T0 用来测量相位差信号中时钟 脉 冲 的 个 数 ，最终通过二者的比值 ，求得两载波信号的相位差 。 3.2 工 作 波 形 图 如 图 2 所 示 ，两路载波异或为相位差信号后 ，先 将 同 步 闸 门 信 号 和 时钟脉冲信号相 与后送入计数器 1 进 行 记 数 ，计 数 值 为 N1，将 同 步 闸 门 图 工 作 波 形 图2 信 号 、鉴相脉冲和时钟脉冲三者相与后送入记数器 2 进 行 记 数 ，计 数 值 为 ，则 相 位 差 为 ,N2 。这样可使量化误差大大减 小 ，测量精度得到提高 。 本文通过提高差分载波相位差测量的精确度 ，进而达到了精确求解电离层电子总含量 的 目 的 。TEC 参考文献 , [1] 熊 年 禄,唐 存 琛,李 行 健.电离层物理概论[M].武 汉:武汉大学出版社,1999(5):8384. - [2] 潘 洪 明,邹 立 华,方 燕 红.同频正弦信号间相位差测量的设计[J].电 子 工 程 师,2003(3):41-42.[3] 姜 玉 宏,颜 华,苏 政 华,等.基 于 MCS-51单片机的高精度数字测相方 法[J].重 庆 大 学 学 报:自 然 科 学 版,2005(8):28- 30. [4] 万 卫 星,宁 百 齐,刘 立 波,等.中 国 电 离 层 TEC现 报 系 统 程[J].地球物理学进展,2007(8):1043. [5] 黄 根 春,陈 小 桥,张 望 先.电 子 设 计 教 程[M].北 京:电子工业出版社,2007:125-126. [6] 任 冠 众,宁 永 兰.相 位 测 量 技 术[J].电 测 与 仪 表,1990(9):41-44. [7] 刘 公 致,郭 裕 顺.一种较精确的相位测量方法[J].杭州电子工业学院学报,1999(3):45-50. [8] 顾 慰 君.一 种 快 速 、宽 带 、准确的测相 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 [J].电 测 与 仪 表,1993(12):1922. - 本栏目责任编辑,梁书计算机工程应用技术 452