Mars underyta registrerar viktig historisk information om planetens bildning och utveckling. Som joniserat medium spelar Mars jonosfär en speciell roll i radiovågsutbredning och är direkt relaterad till den lokala kommunikationen på Mars och kommunikationen mellan Mars och jorden.

Därför ger informationen om underytan och Mars jonosfär en vetenskaplig grund för att förstå och utforska Mars, såväl som för att studera historien om geologisk evolution. Den flerbandiga lågfrekventa nedåtvända Synthetic Aperture Radar (SAR) monterad på Mars Orbiter kan sända ut lågfrekventa radiovågor som kan penetrera Mars yta och fortplanta sig nedåt.

När den passerar genom jonosfären påverkas Mars Exploration Radars högfrekventa (HF) pulssignal av spridningseffektfelet, vilket resulterar i signaldämpning och tidsfördröjning och åstadkommer en fasförskjutning på ett sådant sätt att ekot inte kan matchas och filtreras.

I en forskningsartikel som nyligen publicerades i Space:Science &Technology , Zhijun Yan från Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, undersökte egenskaperna hos jonosfärisk distorsion och konstruerade en effektiv modell för HF-vågbandet för att simulera och analysera påverkan av den jonosfäriska spridningseffekten på den enstaka SAR-signalen och avbildning under olika bandbredder, bärfrekvenser , baninfallsvinklar och jonkoncentrationen i Mars jonosfär.

Först och främst introducerade författaren den jonosfäriska dispersionseffekten och signalvägsförändringen i jonosfären. Jonosfären var ett speciellt dispersivt medium med anisotropa egenskaper. För en radiosignal med ett brett frekvensspektrum fortplantade sig olika frekvenskomponenter i signalen med olika fashastigheter i jonosfären, och därför hade olika frekvenskomponenter olika fasförhållanden. Signalen skulle förvrängas och pulsen breddades i tid och rum.

Detta var jonosfärens spridningsfenomen. Efteråt användes matematiska och statistiska metoder för att beskriva jonosfäriska effekter på ekon. Jonosfärisk dispersion hade effekter som signaldistorsion, turbulensamplitud och fasfluktuationer.

Ekon kan inte matcha den matchade filterfunktionen, vilket direkt ledde till försämring av bildkvaliteten efter pulskomprimering och radarns avståndsupplösning, vilket allvarligt påverkade dess detekteringsförmåga. Brytningsindexet för elektromagnetisk vågutbredning i Mars jonosfär kan uttryckas som en funktion av frekvensen och elektrondensiteten.

Med tanke på arbetsfrekvensbandet (MHz) för Mars Exploration Radar, kan brytningsindexets höga ordningstermer inte ignoreras. När brytningsindexet förändrades med frekvens och position avvek SAR-signalen från den normala signalen i ett vakuum, vilket påverkade resultatet av SAR-avbildning. Mars jonosfär förändrades ständigt och hade en viss grad av slumpmässighet, vilket gjorde att ekofasen var slumpmässig och obestämd. Därför var det nödvändigt att använda statistiska modeller för att studera inverkan av Mars jonosfär på SAR-avbildning.

Sedan simulerade författaren signalöverföringsvägar och använde Mars verkliga jonosfäriska data för att utveckla Mars jonosfäriska modell. Vägspårningsmetoden användes för att erhålla inverkan av spridningseffekten på radarsignalen. Det ytterligare fasfelet för signalen erhölls genom simulering av högordningens Taylor-serieapproximation.

Nyckelsteget var att fastställa den rumsliga fördelningen av brytningsindexet och bestämma den verkliga inverkan av signalutbredning på SAR-ekot. Den rumsliga fördelningen av brytningsindexet kan bestämmas av den rumsliga fördelningen av elektrondensitet och signalfrekvens. Signalutbredningsvägen kan erhållas med vägspårningsteknik. På grundval av ovanstående analys var de faktiska simuleringsstegen följande:

1. Enligt Mars jonkoncentrationsfördelningsdata användes Chapman-modellen för att bygga relationsmodellen.
2. Enligt systemets simuleringsparametrar och Ne (jonosfärisk modell från Mars av olika solaktivitetsperioder och olika zenitvinklar) användes vägspårningsmetoden för att simulera vägen för detektionssignalen som bryts i jonosfären och för att beräkna de två- fasförflyttning orsakad av spridningseffekten.
3. Multiplicerade den idealiska signalen och den ytterligare fasförflyttningen i området frekvensdomän.
4. Invers Fourier-transformering utfördes på frekvensdomänsignalen för att erhålla den påverkade signalen i tidsdomänen och sedan jämföra den med den ideala signalen.

Dessutom görs analyser av fasfelet samt effekterna på positionen av poängmål. Simulering av pulskompressionsbehandlingsmoden för punktmålekosignalen utförs för att simulera SAR-ekobehandlingen.

Fasfelet orsakat av den jonosfäriska spridningseffekten medförde olika grader av tidsdomänens frekvensförskjutning, vilket gav svårigheter med pulskompression och ekokorrigering. Pulskompressionen kan effektivt separera starka punktmål på ett relativt nära avstånd, men fasfelet gjorde det omöjligt att tydligt särskilja punktmål efter ekobehandling.

Genom simuleringarna ansåg författaren att påverkan av den kromatiska spridningseffekten på signalen främst är införandet av fasfel, signalförskjutning och tidsfördröjning. Dessutom påverkades en lågfrekvent signalförskjutning i hög grad av totalt elektroninnehåll (TEC) och bärvågsfrekvens.

Breddningen av pulsens huvudlob efter att signalen påverkats var också relaterad till bandbredden, bärvågsfrekvensen och TEC. Sammanfattningsvis kan modellen effektivt uppskatta Mars utan att beakta effekterna av magnetiska fält och onormal solaktivitet och effekten av jonosfären på syntetiska aperture radar (SAR) ekon. + Utforska vidare

Ett steg mot att göra GPS mer motståndskraftig mot rymdväder