Il sottosuolo di Marte registra importanti informazioni storiche sulla formazione e l'evoluzione del pianeta. In quanto mezzo ionizzato, la ionosfera marziana svolge un ruolo speciale nella propagazione delle onde radio ed è direttamente correlata alla comunicazione locale su Marte e alla comunicazione tra Marte e la Terra.

Pertanto, le informazioni sul sottosuolo e sulla ionosfera marziana forniscono una base scientifica per comprendere ed esplorare Marte, nonché per studiare la storia dell'evoluzione geologica. Il radar ad apertura sintetica (SAR) multibanda a bassa frequenza montato su Mars Orbiter può emettere onde radio a bassa frequenza che possono penetrare nella superficie di Marte e propagarsi verso il basso.

Quando passa attraverso la ionosfera, il segnale dell'impulso ad alta frequenza (HF) del radar di esplorazione di Marte è influenzato dall'errore dell'effetto di dispersione, che si traduce in un'attenuazione del segnale e in un ritardo temporale e provoca un anticipo di fase in modo tale che l'eco non possa essere abbinato e filtrato.

In un documento di ricerca recentemente pubblicato su Spazio:scienza e tecnologia , Zhijun Yan dell'Università di Aeronautica e Astronautica di Nanchino, ha studiato le caratteristiche della distorsione ionosferica e ha costruito un modello efficace per la banda HF per simulare e analizzare l'influenza dell'effetto di dispersione ionosferica sul singolo segnale SAR e sull'imaging sotto diverse larghezze di banda, frequenze portanti , angoli di incidenza del percorso e concentrazione di ioni nella ionosfera marziana.

Prima di tutto, l'autore ha introdotto l'effetto di dispersione ionosferica e il cambiamento del percorso del segnale nella ionosfera. La ionosfera era un mezzo dispersivo speciale con caratteristiche anisotrope. Per un segnale radio con un ampio spettro di frequenze, diverse componenti di frequenza del segnale si propagavano a diverse velocità di fase nella ionosfera e, quindi, diverse componenti di frequenza avevano relazioni di fase diverse. Il segnale sarebbe stato distorto e l'impulso sarebbe stato ampliato nel tempo e nello spazio.

Questo era il fenomeno della dispersione della ionosfera. Successivamente, sono stati applicati metodi matematici e statistici per descrivere gli impatti ionosferici sugli echi. La dispersione ionosferica ha avuto effetti come distorsione del segnale, ampiezza della turbolenza e fluttuazioni di fase.

Gli echi non possono eguagliare la funzione del filtro abbinato, che ha portato direttamente al degrado della qualità dell'immagine dopo la compressione dell'impulso e alla risoluzione del raggio del radar che ha seriamente compromesso la sua capacità di rilevamento. L'indice di rifrazione della propagazione dell'onda elettromagnetica nella ionosfera marziana può essere espresso in funzione della frequenza e della densità elettronica.

Considerando la banda di frequenza di lavoro (MHz) del Mars Exploration Radar, i termini di ordine superiore dell'indice di rifrazione non possono essere ignorati. Poiché l'indice di rifrazione è cambiato con la frequenza e la posizione, il segnale SAR ha deviato dal segnale normale nel vuoto, il che ha influenzato il risultato dell'imaging SAR. La ionosfera marziana cambiava costantemente e aveva un certo grado di casualità, che rendeva la fase dell'eco casuale e indeterminata. Pertanto, è stato necessario utilizzare modelli statistici per studiare l'influenza della ionosfera marziana sull'imaging SAR.

Quindi, l'autore ha simulato i percorsi di trasmissione del segnale e ha utilizzato i dati ionosferici reali di Marte per sviluppare il modello ionosferico marziano. Il metodo di tracciamento del percorso è stato utilizzato per ottenere l'influenza dell'effetto di dispersione sul segnale radar. L'errore di fase aggiuntivo del segnale è stato ottenuto mediante simulazione dell'approssimazione della serie di Taylor di ordine superiore.

Il passaggio chiave è stato quello di stabilire la distribuzione spaziale dell'indice di rifrazione e determinare la vera influenza della propagazione del segnale sull'eco SAR. La distribuzione spaziale dell'indice di rifrazione può essere determinata dalla distribuzione spaziale della densità elettronica e della frequenza del segnale. Il percorso di propagazione del segnale può essere ottenuto mediante la tecnologia di tracciamento del percorso. Sulla base dell'analisi di cui sopra, le fasi effettive della simulazione sono state le seguenti:

1. Secondo i dati di distribuzione della concentrazione di ioni di Marte, il modello Chapman è stato utilizzato per costruire il modello di relazione.
2. Secondo i parametri di simulazione del sistema e Ne (modello ionosferico marziano di diversi periodi di attività solare e diversi angoli zenitali), è stato utilizzato il metodo del path tracking per simulare il percorso del segnale di rilevamento rifratto nella ionosfera e per calcolare i due anticipo di fase causato dall'effetto dispersione.
3. Moltiplicato il segnale ideale e l'anticipo di fase aggiuntivo nel dominio di frequenza della gamma.
4. La trasformata di Fourier inversa è stata eseguita sul segnale nel dominio della frequenza per ottenere il segnale interessato nel dominio del tempo e quindi confrontarlo con il segnale ideale.

Vengono inoltre effettuate analisi dell'errore di fase e degli effetti sulla posizione dei punti target. La simulazione della modalità di elaborazione della compressione degli impulsi del segnale dell'eco del punto target viene condotta per simulare l'elaborazione dell'eco SAR.

L'errore di fase causato dall'effetto di dispersione ionosferica ha determinato diversi gradi di spostamento della frequenza nel dominio del tempo, che ha presentato difficoltà nella compressione degli impulsi e nella correzione dell'eco. La compressione dell'impulso può separare efficacemente i bersagli dei punti forti a una distanza relativamente ravvicinata, ma l'errore di fase ha reso impossibile distinguere chiaramente i bersagli dei punti dopo l'elaborazione dell'eco.

Attraverso le simulazioni, l'autore ha ritenuto che l'influenza dell'effetto di dispersione cromatica sul segnale sia principalmente l'introduzione di errori di fase, sfasamento del segnale e ritardo temporale. Inoltre, uno spostamento del segnale a bassa frequenza è stato fortemente influenzato dal contenuto di elettroni totali (TEC) e dalla frequenza portante.

L'allargamento del lobo principale dell'impulso dopo che il segnale è stato influenzato era anche correlato alla larghezza di banda, alla frequenza portante e al TEC. In conclusione, il modello può stimare efficacemente Marte senza considerare gli effetti dei campi magnetici e dell'attività solare anomala e l'effetto della ionosfera sugli echi dei radar ad apertura sintetica (SAR). + Esplora ulteriormente

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