De ondergrond van Mars registreert belangrijke historische informatie over de vorming en evolutie van de planeet. Als geïoniseerd medium speelt de ionosfeer van Mars een speciale rol bij de voortplanting van radiogolven en is direct gerelateerd aan de lokale communicatie op Mars en de communicatie tussen Mars en de aarde.

Daarom biedt de informatie over de ondergrond en de ionosfeer van Mars een wetenschappelijke basis voor het begrijpen en verkennen van Mars, evenals voor het bestuderen van de geschiedenis van de geologische evolutie. De multiband laagfrequente naar beneden kijkende Synthetic Aperture Radar (SAR) die op de Mars Orbiter is gemonteerd, kan laagfrequente radiogolven uitzenden die het oppervlak van Mars kunnen binnendringen en zich naar beneden voortplanten.

Bij het passeren van de ionosfeer wordt het hoogfrequente (HF) pulssignaal van de Mars Exploration Radar beïnvloed door de dispersie-effectfout, wat resulteert in signaalverzwakking en tijdvertraging en zorgt voor een fasevooruitgang op een zodanige manier dat de echo niet kan worden gematcht en gefilterd.

In een onderzoekspaper dat onlangs is gepubliceerd in Space:Science &Technology , Zhijun Yan van de Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, onderzocht de kenmerken van ionosferische vervorming en construeerde een effectief model voor de HF-golfband om de invloed van het ionosferische dispersie-effect op het enkele SAR-signaal en beeldvorming onder verschillende bandbreedtes, draaggolffrequenties te simuleren en te analyseren , padinvalshoeken en de ionenconcentratie in de ionosfeer van Mars.

Allereerst introduceerde de auteur het ionosferische dispersie-effect en signaalpadverandering in de ionosfeer. De ionosfeer was een speciaal dispergerend medium met anisotrope eigenschappen. Voor een radiosignaal met een breed frequentiespectrum plantten verschillende frequentiecomponenten van het signaal zich voort met verschillende fasesnelheden in de ionosfeer, en dus hadden verschillende frequentiecomponenten verschillende faserelaties. Het signaal zou worden vervormd en de puls werd verbreed in tijd en ruimte.

Dit was het dispersieverschijnsel van de ionosfeer. Daarna werden wiskundige en statistische methoden toegepast om ionosferische effecten op echo's te beschrijven. Ionosferische dispersie had de effecten zoals signaalvervorming, turbulentie-amplitude en fasefluctuaties.

Echo's kunnen niet tippen aan de gematchte filterfunctie, die direct leidde tot de verslechtering van de beeldkwaliteit na pulscompressie en de afstandsresolutie van de radar die het detectievermogen ernstig aantastte. De brekingsindex van de voortplanting van elektromagnetische golven in de ionosfeer van Mars kan worden uitgedrukt als een functie van de frequentie en de elektronendichtheid.

Gezien de werkende frequentieband (MHz) van de Mars Exploration Radar, kunnen de hoge-orde termen van de brekingsindex niet worden genegeerd. Omdat de brekingsindex veranderde met frequentie en positie, week het SAR-signaal af van het normale signaal in een vacuüm, wat het resultaat van SAR-beeldvorming beïnvloedde. De ionosfeer van Mars veranderde voortdurend en had een zekere mate van willekeur, waardoor de echofase willekeurig en onbepaald was. Daarom was het nodig om statistische modellen te gebruiken om de invloed van de Mars-ionosfeer op SAR-beeldvorming te bestuderen.

Vervolgens simuleerde de auteur signaaltransmissiepaden en gebruikte de echte ionosferische gegevens van Mars om het ionosferische model van Mars te ontwikkelen. De padvolgmethode is gebruikt om de invloed van het dispersie-effect op het radarsignaal te verkrijgen. De extra fasefout van het signaal werd verkregen door simulatie van de hoge-orde Taylor-reeksbenadering.

De belangrijkste stap was om de ruimtelijke verdeling van de brekingsindex vast te stellen en de werkelijke invloed van signaalvoortplanting op de SAR-echo te bepalen. De ruimtelijke verdeling van de brekingsindex kan worden bepaald door de ruimtelijke verdeling van elektronendichtheid en signaalfrequentie. Het signaalvoortplantingspad kan worden verkregen door padvolgtechnologie. Op basis van de bovenstaande analyse waren de daadwerkelijke simulatiestappen als volgt:

1. Volgens de ionenconcentratie-distributiegegevens van Mars werd het Chapman-model gebruikt om het relatiemodel te bouwen.
2. Volgens de systeemsimulatieparameters en Ne (Mars-ionosferisch model van verschillende zonneactiviteitsperioden en verschillende zenithoeken), werd de padvolgmethode gebruikt om het pad van het detectiesignaal dat in de ionosfeer wordt gebroken te simuleren en om de twee- manier fasevooruitgang veroorzaakt door het dispersie-effect.
3. Vermenigvuldigd met het ideale signaal en de extra fasevooruitgang in het bereikfrequentiedomein.
4. Er is een omgekeerde Fourier-transformatie uitgevoerd op het frequentiedomeinsignaal om het betreffende signaal in het tijddomein te verkrijgen en dit vervolgens te vergelijken met het ideale signaal.

Bovendien worden analyses gemaakt van de fasefout en de effecten op de positie van puntdoelen. Simulatie van de pulscompressieverwerkingsmodus van het puntdoelechosignaal wordt uitgevoerd om de SAR-echoverwerking te simuleren.

De fasefout veroorzaakt door het ionosferische dispersie-effect veroorzaakte verschillende gradaties van frequentieverschuiving in het tijddomein, wat problemen opleverde bij pulscompressie en echocorrectie. De pulscompressie kan sterke puntdoelen op relatief korte afstand effectief scheiden, maar de fasefout maakte het onmogelijk om puntdoelen duidelijk te onderscheiden na echoverwerking.

Door middel van de simulaties stelde de auteur vast dat de invloed van het chromatische dispersie-effect op het signaal voornamelijk de introductie van fasefouten, signaalverschuiving en tijdvertraging is. Bovendien werd een laagfrequente signaalverschuiving sterk beïnvloed door het totale elektronengehalte (TEC) en de draaggolffrequentie.

De verbreding van de hoofdlob van de puls nadat het signaal was beïnvloed, was ook gerelateerd aan de bandbreedte, draaggolffrequentie en TEC. Concluderend kan het model Mars effectief schatten zonder rekening te houden met de effecten van magnetische velden en afwijkende zonneactiviteit en het effect van de ionosfeer op echo's van synthetische apertuurradar (SAR). + Verder verkennen

Een stap om GPS beter bestand te maken tegen ruimteweer