時延測試與數(shù)據(jù)處理

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

圖1 斜向探測系統(tǒng)組成A/D數(shù)據(jù)處理器數(shù)字式測高儀BPM鐘同步器發(fā)射端掃頻接收機(jī)A/D數(shù)據(jù)處理終端BPM鐘同步器接收端
測試時系統(tǒng)發(fā)射端在短波頻段內(nèi)以一定的頻率間隔進(jìn)行掃頻，在每一掃頻點的駐留時間內(nèi)發(fā)射若干脈沖，接收端同時開始掃頻接收，經(jīng)數(shù)據(jù)處理輸出測試結(jié)果。測試過程中，系統(tǒng)的脈沖個數(shù)、脈沖寬度及脈沖重復(fù)頻率都可以設(shè)置。測試精度主要決定于收發(fā)兩端的頻率同步和時間同步精度，只要收發(fā)兩地的起始頻率、終止頻率、頻率步長、脈沖重復(fù)頻率、每個頻率的持續(xù)時間做到一致，就能保證良好的頻率同步。時間同步是利用BPM短波鐘實現(xiàn)，其精度主要決定于GPS短波授時系統(tǒng)的精度和A/D轉(zhuǎn)換器精度。整個系統(tǒng)的測試精度小于10 μs。
實際測試的各類參數(shù)設(shè)置如下：頻率范圍在2～30 MHz；頻率步長在50 kHz；脈沖寬度在66 μs，掃頻速度在1 000 ms；每頻脈沖數(shù)100。
測試得到了大量的離散數(shù)據(jù)，非單模傳播數(shù)據(jù)對應(yīng)的是一個頻點有幾個時延值。數(shù)據(jù)處理的第一步工作是整理出單模(一跳F層)傳播數(shù)據(jù)。
受測試系統(tǒng)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(jié)果的頻率最小間隔為10 kHz。由于信道是時變的，所以導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)的頻點間隔不固定(頻率間隔兩兩彼此不同)，使得從原始數(shù)據(jù)中直接得到某固定頻率間隔相對時延的樣本數(shù)量非常有限，有時根本就沒有。將離散曲線擬合成連續(xù)曲線就能解決樣本數(shù)量不足的問題。數(shù)據(jù)處理的第二步工作采用最小二乘法對單模傳播時延數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果表明，單模傳播的絕對時延與頻率的關(guān)系基本接近于三次曲線，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(dāng))。采用的擬合公式為

式中