在业余段使用低功率Chirp信号进行电离层测试

之前用SDR在业余波段经常收到一些奇怪的频率不断增加的信号,见我前篇帖子。后面坛友分析可能是电离层探测的信号,这一类信号被称为chirp信号,

以chirp信号为关键字也能在网上搜到很多论文。


前一篇帖子发现的疑似科研机构发射的Chirp信号探测电离层的接收情况如下:

https://www.kechuang.org/t/82902


于是后面我想自己产生一个chirp信号来扫描7.00MHz 到 7.050 MHz这个频道的电离层情况。这个实验很简单,就是产生一个Chirp信号,然后用高频放大器放大,

然后通过天线发射出去,对整个频段进行扫描,再用远端的SDR机接受,看瀑布图和频谱等信息


整个系统的架构如图很简单

 

频率合成系统合成频率,高速DAC输出信号,再通过一个0.5瓦的高频功放放大,然后通过馈线连接到1:1的巴伦上,通过一个倒V天线发射出去


硬件方面,频率合成系统使用现成的廉价FPGA开发板,DAC使用100Mbps的AD9708,所有需要动手做的只有HF功率放大电路而已。

HF功率放大电路很简单,直接采用了“蛙鸣” CW电路的功放部分,采用D882,在12V工作电压下功率为0.5W,事实上,在有高灵敏接收能力的今天,也不需要特别高的发射功率


注意这个电路在调试的时候必须接天线或者负载,也不可无信号输入,否则会大量发热,甚至会导致三极管烧毁

 

软件部分使用Xlinx的 DDS IP,产生一个可编程的DDS系统,产生7.000MHz的余弦信号,然后通过一个加法器不断增加相位,即可产生频率可变的Chirp信号。

附件有代码和电路

s19_usbdds.zip1.87M2次下载

hfpa.7z2.89M4次下载


最后组装好的整个系统如下:


这里我的天线系统就不发图了,我天线系统是很简陋的倒V,而且也架设在楼底。周围都是建筑,事实上仅仅是架设方便而已,对发射并不有利。 


接收端使用远程的一个站点的KiwiSDR 系统,距离我所在的距离约为70 ~100KM,这个站点的网址为:

szsdr.ddns.net:8073

 

最后再远程SDR的界面上,接收到我的Chirp信号瀑布图信息如下:


 

 

 目前从实验的效果来看,只实现了发射 - 接收的过程,接收站点可以判断出业余天波反射的强度,但是使用的天线不具备方向性,不能实现方向扫描,

 另外接收站点只有一个,无法实现对空域的电离层完整探测。如果需要得出电离层高度,浓度信息,探测系统需要更加的专业,接收站点也需要多个。


当前这个系统可能有用的地方,就是对于业余QRP来说,可以选择一个合适的频点吧。

另外这个系统见识了短波的反射传播性能,仅仅0.5瓦的功率,就可以反射至100km之外

[修改于 1 年前 - 2018-07-08 18:58:19]

来自 通信工程无线电电子技术
 
2018-7-8 21:45:06
1楼

终于有人做这个实验了,大赞。

电离层测试确实需要用方向性天线,以便明确传播路径(否则根本不知道测的哪里)。倒V天线是一种低仰角天线,这个距离地波有困难,天波又需要很高仰角,功率本来就很小,能通过天波传播的就更微弱了,居然能够被清晰收到,可见接收站的电磁环境非常好。当然由于路径跨海,损耗小,通过地波传播的可能性还是有的。

如果接收站有时标,可以根据频率时间差计算出电离层的高度。

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2楼

测高需要收发站之间us级别的时间同步。搜了下,kiwisdr上貌似自带一个GPS接收模块,不过是用来校准频率的。也许能在不改动硬件的情况下增加一个打上时标的功能?

[修改于 1 年前 - 2018-07-08 23:52:29]

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3楼

==========手滑发重了。。===========

[修改于 1 年前 - 2018-07-08 23:53:40]

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2018-7-9 09:45:09
smith(作者)
4楼
引用:虎哥 发表于1 楼的内容:
终于有人做这个实验了,大赞。电离层测试确实需要用方向性天线,以便明确传播路径(否则根本不知道测的哪里.....

我的天线系统很山寨,都不忍发出来了,这里还是放一张吧,纯粹是架设方便,就是一个1:1巴伦连接两根铜丝导线,导线用电木板绝缘,这样山寨构成的倒V,之前都是接收用,用于发射还是勉强可以。惠州等地的ham有抄收到我的信号

附近的高层建筑物和障碍物很多,不过绕过这些高层建筑就是靠海了。地波还是有可能的,我一直测试发现,我发射的40米短波信号在白天6:00到20:30左右,使用深圳的sdr都可以收到,超过20:30之后,夜间使用0.5瓦就无法接收了。感觉这个是符合40米的天波传播特征的。

另外目前沿海的短波环境似乎还不错,没有太大的干扰,珠海和深圳都是。应该是大部分电网都埋在了地下的功劳吧。当然kiwisdr的高灵敏接受也不错

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smith(作者)
5楼
引用:radio 发表于2 楼的内容:
测高需要收发站之间us级别的时间同步。搜了下,kiwisdr上貌似自带一个GPS接收模块,不过是用来.....

这个kiwisdr接收站点的主人也不认识,也找不到联系方式,话说我也差不多用了他的接收站用了1年多了,在KiwiSDR的源码里面加入打印,获取GPS的时间应该是比较简单的

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