Le sous-sol de Mars enregistre des informations historiques importantes sur la formation et l'évolution de la planète. En tant que milieu ionisé, l'ionosphère martienne joue un rôle particulier dans la propagation des ondes radio et est directement liée à la communication locale sur Mars et à la communication entre Mars et la Terre.

Par conséquent, les informations sur le sous-sol et l'ionosphère martienne fournissent une base scientifique pour comprendre et explorer Mars, ainsi que pour étudier l'histoire de l'évolution géologique. Le radar à synthèse d'ouverture (SAR) multibande basse fréquence monté sur Mars Orbiter peut émettre des ondes radio basse fréquence qui peuvent pénétrer la surface de Mars et se propager vers le bas.

Lorsqu'il traverse l'ionosphère, le signal d'impulsion haute fréquence (HF) du radar d'exploration de Mars est affecté par l'erreur d'effet de dispersion, ce qui entraîne une atténuation du signal et un retard et entraîne une avance de phase de telle manière que l'écho ne peut pas être mis en correspondance et filtrés.

Dans un article de recherche récemment publié dans Space :Science &Technology , Zhijun Yan de l'Université d'aéronautique et d'astronautique de Nanjing, a étudié les caractéristiques de la distorsion ionosphérique et construit un modèle efficace pour la bande d'ondes HF afin de simuler et d'analyser l'influence de l'effet de dispersion ionosphérique sur le signal SAR unique et l'imagerie sous différentes largeurs de bande, fréquences porteuses , les angles d'incidence de trajectoire et la concentration d'ions dans l'ionosphère martienne.

Tout d'abord, l'auteur a présenté l'effet de dispersion ionosphérique et le changement de chemin du signal dans l'ionosphère. L'ionosphère était un milieu dispersif spécial avec des caractéristiques anisotropes. Pour un signal radio avec un large spectre de fréquences, différentes composantes de fréquence du signal se sont propagées à différentes vitesses de phase dans l'ionosphère, et donc, différentes composantes de fréquence avaient des relations de phase différentes. Le signal serait déformé et le pouls élargi dans le temps et dans l'espace.

C'était le phénomène de dispersion de l'ionosphère. Ensuite, des méthodes mathématiques et statistiques ont été appliquées pour décrire les impacts ionosphériques sur les échos. La dispersion ionosphérique a eu des effets tels que la distorsion du signal, l'amplitude de la turbulence et les fluctuations de phase.

Les échos ne peuvent pas correspondre à la fonction de filtre adapté, ce qui a directement entraîné la dégradation de la qualité de l'image après la compression des impulsions et la résolution de distance du radar, ce qui a gravement affecté sa capacité de détection. L'indice de réfraction de la propagation des ondes électromagnétiques dans l'ionosphère martienne peut être exprimé en fonction de la fréquence et de la densité électronique.

Compte tenu de la bande de fréquences de travail (MHz) du radar d'exploration de Mars, les termes d'ordre élevé de l'indice de réfraction ne peuvent être ignorés. Comme l'indice de réfraction changeait avec la fréquence et la position, le signal SAR déviait du signal normal dans le vide, ce qui affectait le résultat de l'imagerie SAR. L'ionosphère martienne changeait constamment et présentait un certain degré d'aléatoire, ce qui rendait la phase d'écho aléatoire et indéterminée. Il était donc nécessaire d'utiliser des modèles statistiques pour étudier l'influence de l'ionosphère martienne sur l'imagerie SAR.

Ensuite, l'auteur a simulé les voies de transmission du signal et a utilisé les données ionosphériques réelles de Mars pour développer le modèle ionosphérique martien. La méthode de suivi de trajectoire a été utilisée pour obtenir l'influence de l'effet de dispersion sur le signal radar. L'erreur de phase supplémentaire du signal a été obtenue par simulation de l'approximation en série de Taylor d'ordre élevé.

L'étape clé était d'établir la distribution spatiale de l'indice de réfraction et de déterminer la véritable influence de la propagation du signal sur l'écho SAR. La distribution spatiale de l'indice de réfraction peut être déterminée par la distribution spatiale de la densité électronique et de la fréquence du signal. Le chemin de propagation du signal peut être obtenu par la technologie de suivi de chemin. Sur la base de l'analyse ci-dessus, les étapes de simulation réelles étaient les suivantes :

1. Selon les données de distribution de concentration d'ions de Mars, le modèle de Chapman a été utilisé pour construire le modèle de relation.
2. Selon les paramètres de simulation du système et Ne (modèle ionosphérique martien de différentes périodes d'activité solaire et différents angles zénithaux), la méthode de suivi de trajectoire a été utilisée pour simuler la trajectoire du signal de détection réfracté dans l'ionosphère et pour calculer les deux- l'avance de phase causée par l'effet de dispersion.
3. Multiplication du signal idéal et de l'avance de phase supplémentaire dans le domaine fréquentiel de la plage.
4. Une transformée de Fourier inverse a été effectuée sur le signal dans le domaine fréquentiel pour obtenir le signal affecté dans le domaine temporel, puis le comparer avec le signal idéal.

De plus, des analyses de l'erreur de phase ainsi que des effets sur la position des points cibles sont effectuées. Une simulation du mode de traitement de compression d'impulsion du signal d'écho cible ponctuel est effectuée pour simuler le traitement d'écho SAR.

L'erreur de phase causée par l'effet de dispersion ionosphérique a entraîné différents degrés de décalage de fréquence dans le domaine temporel, ce qui a présenté des difficultés dans la compression des impulsions et la correction de l'écho. La compression d'impulsion peut séparer efficacement les cibles ponctuelles fortes à une distance relativement proche, mais l'erreur de phase a rendu impossible la distinction claire des cibles ponctuelles après le traitement de l'écho.

A travers les simulations, l'auteur a soutenu que l'influence de l'effet de dispersion chromatique sur le signal est principalement l'introduction d'erreurs de phase, de décalage de signal et de retard temporel. En outre, un décalage de signal à basse fréquence était fortement affecté par le contenu électronique total (TEC) et la fréquence porteuse.

L'élargissement du lobe principal de l'impulsion après que le signal a été affecté était également lié à la bande passante, à la fréquence porteuse et au TEC. En conclusion, le modèle peut estimer efficacement Mars sans tenir compte des effets des champs magnétiques et de l'activité solaire anormale et de l'effet de l'ionosphère sur les échos du radar à synthèse d'ouverture (SAR). + Explorer plus loin

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