时延测试与数据处理

了分析频率相对时延的真实特性，利用数字式电离层斜向探测系统同时对三条短波路径进行了一天连续测试[8]，三条路径分别为：新乡至青岛580 km，测试时间间隔1h；新乡至重庆940 km，测试时间间隔2 h；新乡至广州1 380 km，测试时间间隔为2 h。斜向探测系统组成如图1所示。

图1 斜向探测系统组成A/D数据处理器数字式测高仪BPM钟同步器发射端扫频接收机A/D数据处理终端BPM钟同步器接收端
测试时系统发射端在短波频段内以一定的频率间隔进行扫频，在每一扫频点的驻留时间内发射若干脉冲，接收端同时开始扫频接收，经数据处理输出测试结果。测试过程中，系统的脉冲个数、脉冲宽度及脉冲重复频率都可以设置。测试精度主要决定于收发两端的频率同步和时间同步精度，只要收发两地的起始频率、终止频率、频率步长、脉冲重复频率、每个频率的持续时间做到一致，就能保证良好的频率同步。时间同步是利用BPM短波钟实现，其精度主要决定于GPS短波授时系统的精度和A/D转换器精度。整个系统的测试精度小于10 μs。
实际测试的各类参数设置如下：频率范围在2～30 MHz；频率步长在50 kHz；脉冲宽度在66 μs，扫频速度在1 000 ms；每频脉冲数100。
测试得到了大量的离散数据，非单模传播数据对应的是一个频点有几个时延值。数据处理的第一步工作是整理出单模(一跳F层)传播数据。
受测试系统的频率分辨率与接收灵敏度和去干扰能力限制的影响，测试结果的频率最小间隔为10 kHz。由于信道是时变的，所以导致测试数据的频点间隔不固定(频率间隔两两彼此不同)，使得从原始数据中直接得到某固定频率间隔相对时延的样本数量非常有限，有时根本就没有。将离散曲线拟合成连续曲线就能解决样本数量不足的问题。数据处理的第二步工作采用最小二乘法对单模传播时延数据进行拟合，拟合结果表明，单模传播的绝对时延与频率的关系基本接近于三次曲线，拟合的均方根误差平均值如表1所示，从表中看出大部分为10 μs左右(与测试误差相当)。采用的拟合公式为

式中