数字测高仪数据处理与频高图参数度量系统设计

摘要

电离层数字测高仪是地面对电离层进行探测的主要常规设备，它的工作原理是通过测高仪的发射机垂直向上发射高频扫频脉冲波，然后在同一地点通过测高仪的接收机接收电离层反射的回波信号，分析回波信号的时延得到反射频率与高度的图形曲线，称其为频高图。本研究室自主设计和实现了一台电离层数字测高仪，它对电离层探测得到的反射频率和高度数据信息都是以SBF和DIF两种格式存储至大容量磁盘中，并且需要特定的软件系统才能对两种格式的频高图数据进行后期的分析和处理。为了方便电离层研究人员离线查阅和分析频高图，对电离层展开研究工作，所以自主设计和开发一个处理和分析测高仪数据的软件显得有一定意义。
　　本文设计和实现了一套数字测高仪数据处理与频高图参数度量系统，它的主要功能是对测高仪探测得到的数据进行处理，得到清晰、可靠的频高图，并且对得到的频高图进行参数度量，得到准确的电离层特征参数信息。该系统主要分为文件格式选择模块，数据读取模块，频高图绘制和显示模块，辅助功能模块，参数度量模块五大模块。
　　文章中首先介绍了电离层探测的相关知识（包括电离层的概述，电离层垂直探测的方法和原理）和对频高图进行特征参数度量的方法和原理。接着介绍了自主研发的数字测高仪软硬件系统结构和工作原理，在此基础上确定了数字测高仪数据处理和频高图参数度量系统的基本功能。根据系统的基本功能并且结合国内外成熟的数据处理软件，对系统进行可行性分析，需求分析，并且确定系统的开发工具和开发语言。其次对系统进行总体设计，确定了系统的总体设计思想，并对系统的功能进行模块化分解，确定了系统的模块结构和各个模块的功能。根据各个模块的功能和系统设计采用的是三层架构模型，确定了表示各个模块层次结构的系统框架结构。再次对各个功能模块进行详细设计，包括各个功能模块的实现流程和关键性技术等。数据读取模块中采用内存映射文件技术实现数据的读取，读取过程中采用多线程技术防止用户认为程序处在假死状态。数据读取模块和频高图绘制与显示模块的数据传递采用观察者模式和多线程技术实现的，这样可以保持数据的高度一致性。频高图的绘制采用的是GDI+绘图技术，为了防止图片的闪烁，绘制过程中采用双缓冲技术进行解决，实验结果表明，图形显示清晰稳定。频高图的参数度量模块也会有存在闪烁和不稳定的问题，所以也采用了双缓冲技术解决，对频高图波形的描迹也采用GDI+绘图技术绘制。
　　最后，该系统在Windows平台下，以Visual Studio2005为开发工具，C++为开发语言，对各个模块进行编码，并且系统运行测试通过，实现了对 SBF、DIF两种文件格式的读取和频高图的显示，对显示的频高图进行特征参数度量的功能。系统运行稳定，主界面清晰简洁，用户操作方便，为测高仪探测得到的数据进行分析和研究提供了软件工具，方便电离层研究者对电离层进行研究工作，具有一定的实用价值。

目录

声明

第1章绪论

1.1电离层概述

1.2 电离层垂直探测技术

1.3 电离层频高图的参数度量

1.4本文的研究内容和组织结构

第2章测高仪数据处理与频高图参数度量系统概述

2.1电离层数字测高仪概述

2.2数字测高仪数据处理与频高图参数度量系统概述

2.3本章小结

第3章测高仪数据处理和频高图参数度量系统总体设计

3.1 系统的总体设计思路

3.2系统的框架设计

3.3本章小结

第4章测高仪数据处理与频高图参数度量系统详细设计

4.1系统数据格式模型

4.2数据读取模块的详细设计

4.3频高图绘制和显示模块的详细设计

4.4辅助功能模块的详细设计

4.5参数度量模块的详细设计

4.6本章小结

第5章测高仪频高图数据处理与参数度量系统实现

5.1系统主界面的实现

5.2格式选择模块的实现

5.3数据读取模块的实现

5.4频高图绘制和显示模块的实现

5.5辅助功能模块的实现

5.6参数度量模块的实现

5.7本章小结

第6章总结和展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢