A subsuperfície de Marte registra importantes informações históricas sobre a formação e evolução do planeta. Como meio ionizado, a ionosfera marciana desempenha um papel especial na propagação das ondas de rádio e está diretamente relacionada à comunicação local em Marte e à comunicação entre Marte e a Terra.
Portanto, as informações sobre o subsolo e a ionosfera marciana fornecem uma base científica para entender e explorar Marte, bem como para estudar a história da evolução geológica. O Radar de Abertura Sintética (SAR) de baixa frequência multibanda montado no Mars Orbiter pode emitir ondas de rádio de baixa frequência que podem penetrar na superfície de Marte e se propagar para baixo.

Ao passar pela ionosfera, o sinal de pulso de alta frequência (HF) do Radar de Exploração de Marte é afetado pelo erro de efeito de dispersão, que resulta em atenuação do sinal e atraso de tempo e provoca um avanço de fase de tal forma que o eco não pode ser combinados e filtrados.

Em um artigo de pesquisa publicado recentemente em Space:Science &Technology , Zhijun Yan, da Universidade de Aeronáutica e Astronáutica de Nanjing, pesquisou as características da distorção ionosférica e construiu um modelo eficaz para a banda de onda de HF para simular e analisar a influência do efeito de dispersão ionosférica no sinal SAR único e na imagem sob diferentes larguras de banda, frequências portadoras , ângulos de incidência do caminho e a concentração de íons na ionosfera marciana.

Em primeiro lugar, o autor introduziu o efeito de dispersão ionosférica e a mudança do caminho do sinal na ionosfera. A ionosfera era um meio dispersivo especial com características anisotrópicas. Para um sinal de rádio com um amplo espectro de frequência, diferentes componentes de frequência do sinal propagaram-se em diferentes velocidades de fase na ionosfera e, portanto, diferentes componentes de frequência tiveram diferentes relações de fase. O sinal seria distorcido e o pulso ampliado no tempo e no espaço.

Este foi o fenômeno de dispersão da ionosfera. Em seguida, métodos matemáticos e estatísticos foram aplicados para descrever os impactos ionosféricos nos ecos. A dispersão ionosférica teve efeitos como distorção de sinal, amplitude de turbulência e flutuações de fase.

Os ecos não podem corresponder à função de filtro correspondente, o que levou diretamente à degradação da qualidade da imagem após a compressão do pulso e a resolução do alcance do radar, o que afetou seriamente sua capacidade de detecção. O índice de refração da propagação de ondas eletromagnéticas na ionosfera marciana pode ser expresso em função da frequência e da densidade eletrônica.

Considerando a banda de frequência de trabalho (MHz) do Radar de Exploração de Marte, os termos de alta ordem do índice de refração não podem ser ignorados. Como o índice de refração mudou com a frequência e posição, o sinal SAR desviou-se do sinal normal no vácuo, o que afetou o resultado da imagem SAR. A ionosfera marciana estava em constante mudança e tinha um certo grau de aleatoriedade, o que fazia com que a fase de eco fosse aleatória e indeterminada. Portanto, foi necessário usar modelos estatísticos para estudar a influência da ionosfera marciana na imagem SAR.

Em seguida, o autor simulou caminhos de transmissão de sinais e usou os dados ionosféricos reais de Marte para desenvolver o modelo ionosférico marciano. O método path tracking foi utilizado para obter a influência do efeito de dispersão no sinal do radar. O erro de fase adicional do sinal foi obtido por simulação da aproximação da série de Taylor de alta ordem.

O passo chave foi estabelecer a distribuição espacial do índice de refração e determinar a verdadeira influência da propagação do sinal no eco SAR. A distribuição espacial do índice de refração pode ser determinada pela distribuição espacial da densidade eletrônica e frequência do sinal. O caminho de propagação do sinal pode ser obtido pela tecnologia de rastreamento de caminho. Com base na análise acima, as etapas reais da simulação foram as seguintes:

1. De acordo com os dados de distribuição de concentração de íons de Marte, o modelo de Chapman foi usado para construir o modelo de relacionamento.
2. De acordo com os parâmetros de simulação do sistema e Ne (modelo ionosférico marciano de diferentes períodos de atividade solar e diferentes ângulos de zênite), o método de rastreamento de caminho foi usado para simular o caminho do sinal de detecção refratado na ionosfera e para calcular os dois- avanço de fase do caminho causado pelo efeito de dispersão.
3. Multiplicado o sinal ideal e o avanço de fase adicional no domínio da frequência de alcance.
4. A transformação inversa de Fourier foi realizada no sinal no domínio da frequência para obter o sinal afetado no domínio do tempo e depois compará-lo com o sinal ideal.

Além disso, são feitas análises do erro de fase, bem como dos efeitos na posição dos alvos pontuais. A simulação do modo de processamento de compressão de pulso do sinal de eco de alvo pontual é conduzida para simular o processamento de eco de SAR.

O erro de fase causado pelo efeito de dispersão ionosférica trouxe diferentes graus de deslocamento de frequência no domínio do tempo, o que apresentou dificuldades na compressão do pulso e correção do eco. A compressão de pulso pode efetivamente separar alvos pontuais a uma distância relativamente próxima, mas o erro de fase tornou impossível distinguir claramente alvos pontuais após o processamento do eco.

Através das simulações, o autor sustentou que a influência do efeito de dispersão cromática no sinal é principalmente a introdução de erros de fase, deslocamento de sinal e atraso de tempo. Além disso, um deslocamento do sinal de baixa frequência foi muito afetado pelo conteúdo total de elétrons (TEC) e pela frequência da portadora.

O alargamento do lóbulo principal do pulso após o sinal ter sido afetado também foi relacionado à largura de banda, frequência da portadora e TEC. Em conclusão, o modelo pode efetivamente estimar Marte sem considerar os efeitos dos campos magnéticos e atividade solar anômala e o efeito da ionosfera nos ecos de radar de abertura sintética (SAR). + Explorar mais

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