电离层背景状态对大功率短波加热电离层效应的影响

从电离层加热实验出发,模拟研究了低纬地区(Arecibo)和高纬地区(Troms)加热效应。首先验证了该文计算的正确性,在此基础上研究了背景电离层电子密度梯度和泵波频率fH F与临界频率f0 F2比值对电离层加热效应的影响,结果表明:电子密度梯度越小,加热效果越强;过密加热时,加热效果随泵波频率与临界频率的比值增大而增强,但同时受电波反射高度影响,该比值较低时可能也会存在一个使加热效果增强的取值范围。最后分析了在不利的电离层背景状态下如何有效选择加热参数,以获得较为理想的加热效果。

ZH-1卫星得到的中国及邻区顶部电离层背景特征

利用ZH-1(CSES)卫星LAP载荷原位电子密度数据对中国及邻区(0°—54°N,70°—140°E)的顶部电离层背景分布及随季节变化进行了详细分析,研究结果显示:(1)研究区赤道异常的纬度延伸范围、随经度分布形态及它们的季节变化,具有与其他研究结果一致的规律性.(2)中纬度区,白天电子密度存在一个低值带,夜间电子密度呈现高值带.昼夜对比结果显示夜间电子密度升高现象在研究区中纬以上所有季节都存在,但在向低纬延伸时与赤道异常现象呈互补分布,此强彼弱,反之亦然.(3)白天观测的电子密度,半年异常表现为随纬度升高,两峰值出现时间由春秋季向夏季演变,最终过渡到中纬只有夏季峰值的年变形态;季节异常仅在赤道附近4°范围内出现.夜间观测的电子密度,北纬22°以上、50°以下出现半年异常,22°以下出现季节异常.(4)月均值背景总体上表现为夜间电子密度较白天相对波动更剧烈;其中白天电子密度,分季、夏季较冬季波动更剧烈,赤道异常区较中纬区波动更剧烈;夜间电子密度,在所有时、空上波动水平大致相当.(5)研究区电离层背景时空变化特征较为复杂,数据波动亦随时空有变化,对电离层相关科学问题的研究需关注数据背景的分析.综合这些结果及与其他同期观测数据的比较结果,我们认为ZH-1卫星原位电子密度观测数据的相对变化与其他数据集一致.同时,研究区背景数据也呈现了以往研究中未被发现的特征.ZH-1卫星观测数据具有一致的地方时和观测地点,为电离层相关科学问题的系统性研究提供了一个很好的数据集.

时空变背景电离层对GEO TomoSAR成像影响分析

地球同步轨道合成孔径雷达层析成像(GEOTomoSAR)是一种将地球同步轨道SAR(GEOSAR)与三维层析成像相结合的技术,它能够克服低轨SAR层析成像中重访时间长、时间去相干严重等缺点,实现对地面场景及时、精确地三维重建。但是由于GEOSAR轨道高,信号能够穿过整个电离层,使得GEOSAR信号时延长,引入严重的相位误差,进而影响GEOTomoSAR三维成像的精度。本文主要从背景电离层对雷达信号传播的影响机理出发,建立了时空变背景电离层影响下的GEOTomoSAR信号模型,进而分析了对三维成像的影响。经过分析,时空变背景电离层对GEOTomoSAR系统的影响主要包括成像目标的相对位置偏移以及高度向成像散焦。最后,通过计算机仿真验证了理论分析的正确性。

时-空变化的背景电离层对星载合成孔径雷达方位向成像的影响分析

对于星载合成孔径雷达(SAR)成像,方位向信号的相关性可能会因时-空变化的背景电离层而遭到破坏,特别是对于低波段系统。该文将孔径内方位时变的斜距电子总量(STEC)归结于3个因素:垂向电子总量(VTEC)的时间变化、空间变化以及电磁波传播路径的变化,分别分析了每个因素造成的时变STEC各阶系数。该文建立了统一的分析模型,即时变STEC影响下的SAR方位向信号3阶泰勒展开模型,推导了方位向偏移和相位误差解析表达式,并基于此得到了不同星载SAR系统的时变STEC各阶系数容限。利用实测的VTEC数据以及国际参考电离层(IRI)模型,开展了信号级仿真。数值分析和信号级仿真的结果表明,对于低轨P波段SAR系统,空变VTEC与传播路径变化是导致方位时变STEC的主要因素;而对于中高轨SAR系统,时变VTEC是导致方位时变STEC的主要因素。随着载频的下降与合成孔径时间的增加,方位向成像性能更加容易受到方位时变STEC的影响。

基于DEMETER卫星观测数据的电离层离子温度时间序列预测模型

提出了一种利用DEMETER卫星观测量构建电离层离子温度背景场及预测模型的时间序列分析方法。首先,通过分析卫星轨道重访周期与建模格网大小的关系,确定了时间序列采样轨道数据的空间区域大小为1.75°×1.75°、时间间隔约为14天。然后,基于电离层离子温度明显的季节变化特征,采用自回归移动平均模型(ARIMA)构建时间序列预测模型来描述电离层离子温度及其周期性变化。最后,采用2006年～2009年的DE-METER卫星观测数据验证了该时间序列预测模型,结果表明ARIMA季节模型能较好地模拟电离层离子温度在时间上的变化趋势,建立较为可靠的电离层背景场。

电离层对P波段星载SAR信号距离特性的影响

P波段星载合成孔径雷达(SAR)因其穿透特性而受到关注,但是电离层中的自由电子对P波段星载SAR电磁波的传播有较大影响。文中结合工程适用的电离层电子浓度剖面模型,分析了背景电离层电子浓度随时空变化将会引起SAR图像距离向的偏移,同时电离层的色散效应会导致SAR压缩后的波形展宽,使距离向的分辨率变差。仿真结果为P波段星载SAR系统设计提供依据。

电离层时空变化效应对星载及月基SAR成像影响:现状与展望

合成孔径雷达(SAR)作为一种主动传感器,具备全天时、全天候的观测能力,已广泛应用于对地观测中.然而,无线电信号在空间传播过程中会不可避免地受到电离层效应的影响,导致信号的相位、幅度发生变化,使得工作在电离层之上的SAR系统的成像性能受到干扰.本文分别从法拉第旋转、背景电离层和电离层不规则体三个方面介绍了电离层效应对不同轨道SAR系统成像性能的影响,并总结了电离层效应的补偿修正方案.最后,给出了电离层效应对星载和月基SAR成像影响的一些亟待解决的问题,以促进星载和月基SAR成像的发展及应用.

东北亚地区电离层ELF/VLF电场的动态背景场研究

利用2005年1月—2009年12月DEMETER卫星观测的极低频/甚低频(ELF/VLF)40 Hz～6 kHz频段的电场功率谱密度数据,对空间天气平静期间(D_(st)>-30 nT,K_p<3)东北亚地区(105°E—145°E;38°N—58°N)电离层电场背景场变化特征进行统计研究.研究发现夜侧不同年份的相同月份、相同频段的电场分布特征有较高相似度,昼侧相似度不如夜侧;不同年份的相同月份、相同频段昼侧背景场和夜侧背景场强度变化范围均较为一致,从2005年开始东北亚地区的ELF/VLF频段的电场强度呈现逐年递减的趋势;夜侧电场背景场具有季节变化特征:背景场强度变化从强到弱分别是夏季、冬季、春季和秋季,昼侧电场季节变化规律则不明显;电场背景场除371～879 Hz这个频段外,其他频段夜侧强度均强于昼侧强度.