【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线电通信，特别涉及该领域中的一种基于相干反射技术的电离层密度图像重建方法及装置。
技术介绍
1、在短波通信中，通信质量主要取决于电离层的情况。电离层是由大气中高能辐射引起电离而形成的，其密度分布会对短波信号的传输和接收造成影响。为了提高短波通信质量和可靠性，需要实时检测电离层密度分布状况，并进行图像重建。
2、目前，已有一些电离层密度检测装置和图像重建方法。其中常见的方法是利用无侵入检测技术，如海面散射、真空紫外光探测等，通过接收不同强度的电离层反射信号来重建电离层密度图像。这些方法对电离层密度分布较均匀的区域有效，但难以适用于电离层密度分布不均匀的区域。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种基于相干反射技术的电离层密度图像重建方法及装置，以适应不均匀电离层密度分布的区域、提高电离层密度检测的精度和有效性、实现对不均匀电离层密度分布区域的有效重建、提高电离层重建图像的清晰度和分辨率。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于相干反射技术的电离层密度图像重建方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
4、步骤1，利用收发信机向某个方向发射短波信号：
5、利用收发信机向某个方向发射一个短波信号，当短波信号穿过电离层并反射回来时，接收天线就会接收到反射回来的信号；通过比较短波信号的发射时刻和反射时刻以及反射信号的强度等参数，获取电离层的密度和高度等信息。
6、步骤2，天线接收反射
7、短波信号穿过电离层并反射回来，接收天线就会接收到反射回来的信号，并将其送入信号处理器中进行处理；信号处理器是任何一种能够对短波信号进行滤波和解调的电子设备。
8、步骤3，信号处理器将处理后的信号送入图像处理器中，通过基于相干反射技术的算法对信号进行相关性分析和处理，得到电离层密度分布图像：
9、利用反射回来的信号作为探测信号，经过信号处理和图像处理，得到电离层密度分布图像。发送端向地球发送短波信号，这些信号经过电离层时会发生反射，反射回来的信号会被接收天线接收到并转化为电信号，通过对接收到的信号进行处理，得到反射点的位置和反射强度，进而计算出电离层的密度分布，将处理后的信号转换为灰度图像或彩色图像，并根据反射强度对不同颜色进行编码，从而得到电离层密度分布图像；
10、步骤4，图像处理器将得到的图像进行进一步处理和优化，以提高图像清晰度和分辨率：
11、将信号转换为可视化的图像，并进行进一步处理和优化，提高图像分辨率和清晰度，并得到更有效的数据信息，为电离层研究提供更加准确和精细的数据基础。
12、进一步的，步骤1具体包括：干扰站天波干扰落区范围。干扰落区范围栅格化。建立评估干扰落区栅格化链路。
13、进一步的，步骤2具体包括如下步骤：干扰装备发射功率。干扰装备天线方向图。干扰装备馈线损耗。
14、步骤21，接收最优质量的反射信号；
15、步骤22，数字滤波、解调、放大和数字化处理：
16、接收到的反射信号为r(t)，接收天线的收益为g_r，传输路径的衰减为l，环境噪声为n(t)，接收到的信号为：
17、s(t)＝g_r*r(t)*1/l+n(t)
18、最大化信噪比snr:
19、snr＝接收到的信号的有效功率/接收到的信号的噪声功率
20、有效功率p_s为：
21、
22、上式中，r为接收电阻；
23、步骤23，采用数字滤波和数字解调技术来处理接收到的短波信号。
24、进一步的，步骤3具体包括如下步骤：自由空间传输损耗。地面反射损耗。电离层吸收损耗。额外系统损耗。
25、步骤31，信号处理器将处理后的信号送入图像处理器；
26、步骤32，通过对反射信号的相位和振幅进行分析，确定反射点的位置和反射强度：
27、通过接收到的信号和参考信号进行相关性分析，得到两个信号的相位差和振幅差，信号的相位差用以下公式表示：
28、δφ＝φ_ref-φ_s ig
29、上式中，δφ表示相位差，φ_ref表示参考信号的相位，φ_s ig表示接收到的信号的相位；
30、根据相位差的大小，确定反射点的位置，根据波的传播速度为v，波的频率为f，相位差δφ和反射点到接收器的距离d的关系表示为：
31、d＝δφ*v/(2πf)
32、上式中，d表示反射点到接收器的距离；
33、根据振幅差的大小，确定反射的强度，振幅差δa越大，表示反射的强度越强，反之则表示反射的强度越弱；
34、根据反射点的位置和反射强度，生成电离层密度分布图像，将反射点的位置标记在图像上，并用不同颜色表示反射的强度，直观地展示出电离层中的密度分布情况；
35、步骤33，得到电离层密度分布图像：
36、将处理后的信号转换为灰度图像或彩色图像，并根据反射强度对不同颜色进行编码，从而得到电离层密度分布图像；
37、将处理后的信号转换为灰度或彩色图像的过程使用以下公式表示：
38、i(x,y)＝k*a(x,y)+b
39、上式中，i(x,y)表示图像的像素值，a(x,y)表示反射信号的强度，k表示信号强度到图像像素值的放大系数，b表示图像的基准亮度；
40、根据反射强度对不同颜色进行编码的方法，使用以下公式表示：
41、c(x,y)＝f(a(x,y))
42、上式中，c(x,y)表示图像的颜色，a(x,y)表示反射信号的强度，f表示将反射强度映射为颜色的函数；
43、对于灰度图像，将反射强度直接作为像素的灰度值，f(a)＝a，这样反射信号越强的像素在图像上显示得越亮；
44、对于彩色图像，将反射强度映射为不同的颜色，使用伪彩色映射，将反射强度映射为一系列不同的颜色，使用公式f(a)＝r*a，其中r是一个颜色映射矩阵。
45、进一步的，步骤4具体包括如下步骤：根据栅格链路，给出每个栅格点的干扰功率结果。根据d1分析结果，确定天波干扰落区干扰功率栅格数据。
46、步骤41，去除图像中的噪声和杂质，提高图像的清晰度和鲜明度：
47、滤波方法包括中值滤波和高斯滤波；
48、步骤42，增加图像的动态范围，使得图像的细节更加丰富，分辨率更高：
49、灰度拉伸的公式如下：
50、g(x,y)＝[(f(x,y)-min)/(max-min)]*(l-1)
51、上式中，g(x,y)表示增强后的图像像素值，f(x,y)表示原始图像的像素值，min和max分别表示图像的最小值和最大值，l表示图像的灰度级数；
52、直方图均衡化的公本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于相干反射技术的电离层密度图像重建方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于相干反射技术的电离层密度图像重建方法，其特征在于，步骤2具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述基于相干反射技术的电离层密度图像重建方法，其特征在于，步骤3具体包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述基于相干反射技术的电离层密度图像重建方法，其特征在于，步骤4具体包括如下步骤：
5.一种基于相干反射技术的电离层密度图像重建装置，适用于权利要求1所述的方法，其特征在于：包括发射短波信号单元，利用收发信机向某个方向发射一个短波信号，当短波信号穿过电离层并反射回来时，接收天线就会接收到反射回来的信号；滤波和解调处理单元，短波信号穿过电离层并反射回来，接收天线就会接收到反射回来的信号，并将其送入信号处理器中进行处理；相关性分析和处理单元，发送端向地球发送短波信号，这些信号经过电离层时会发生反射，反射回来的信号会被接收天线接收到并转化为电信号，通过对接收到的信号进行处理，得到反射点的位置和反射强度，进而计算出电离层的密度分布，将处理后的信号
...【技术特征摘要】
1.一种基于相干反射技术的电离层密度图像重建方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述基于相干反射技术的电离层密度图像重建方法，其特征在于，步骤2具体包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述基于相干反射技术的电离层密度图像重建方法，其特征在于，步骤3具体包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述基于相干反射技术的电离层密度图像重建方法，其特征在于，步骤4具体包括如下步骤：
5.一种基于相干反射技术的电离层密度图像重建装置，适用于权利要求1所述的方法，其特征在于：包括发射短波信号单元，利用收发信机向某个方向发射一个短波信号，当短波信号穿过...
【专利技术属性】
技术研发人员：何国金，刘亚南，吴斌，朱传伙，金培进，
申请(专利权)人：中国电波传播研究所中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：
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