电离层行进式扰动对天波超视距雷达坐标配准的影响

以电离层准抛物线模型为背景,建立了由大气重力波导致的电离层行进式扰动(travelling ionosp-heric disturbance,TID)模型。基于该模型,利用三维射线追踪计算分析了TID对天波超视距雷达坐标配准(coordinate registration,CR)的影响。结果表明,小尺度TID对CR影响较小;中尺度TID对电波高角射线影响较大;大尺度TID会改变原有的CR关系,严重影响CR精度。从模拟结果中还可以看出,TID对电波方位角的影响较小。

电离层行进式扰动对外辐射源天地波雷达系统的影响

电离层扰动导致外辐射源天地波雷达的回波信号存在多普勒频移、多普勒展宽及衰落等效应.以电离层准抛物线模型为背景,利用电离层行进式扰动(Travelling Ionospheric Disturbance,TID)模型和数值射线追踪技术,定量研究了TID对PD变换的影响;结合外辐射源雷达信号处理的关键技术,着重分析了TID对该雷达系统性能的影响.仿真结果对外辐射源天地波雷达的系统设计与实际应用具有指导意义.

北美地区夜间中尺度电离层行进式扰动的GPS台网监测研究

本文利用2007年6月～2008年5月期间北美GPS台站密集地区的TEC观测资料,对夜间中尺度电离层行进式扰动(MSTIDs)的传播特性进行了分析研究.结果表明:北美地区的夜间电离层行进式扰动一般发生在美国西部时间21:00～02:00LT(05:00～10:00UT)时段,表现在TEC中的最大扰动幅度为0.45～0.6TECU.扰动以20～40min的周期,100～200m/s的水平相速度朝西南方向传播,覆盖磁纬24°N到44°N,经度130°W到70°W的广大范围.统计结果显示,夜间电离层行进式扰动呈现明显的半年变化特征,扰动振幅的峰值在春秋分前后达到最大,在至日前后最小;扰动传播的水平相速度在夏季比冬季约大20%.进一步分析表明,夜间电离层扰动振幅的半年变化是由电离层背景电子浓度的半年变化引起的,而扰动速度的季节变化则与热层风场的季节变化密切相关.

基于GNSS观测的地下核试验电离层扰动研究

地震、海啸以及核爆炸等现象都会对电离层产生影响,利用全球导航卫星系统(GNSS)可以有效地研究这些物理现象产生的电离层效应。本文利用朝鲜地下核试验期间部分IGS台站的GNSS观测数据,提取电离层倾斜总电子含量,并通过高阶差分的方法将电离层扰动进行放大,实现对核爆触发的电离层扰动事件的提取和识别。基于该方法,本文进一步提出了一种核爆检测识别的实现思路。

中国地区高精度电离层行扰监测台网设计

系统地介绍了一个中国地区高精度电离层行扰监测台网,它由满洲里、长春、乌鲁木齐、拉萨、兰州、重庆、新乡、青岛、苏州、喀什、广州、海口和昆明13个观测站组成,成为全国性的电离层扰动特性监测网.该电离层行扰监测台网可用于实时连续监测电离层扰动及其传播,可监测太阳耀斑、磁暴、台风和电离层日变化等使高频无线电信号产生的多普勒频移,对研究电离层中能量传播和耗散等动力学过程有着重要意义.通过接收国家授时中心发射的5MHz、10MHz、15MHz标准授时信号,采用数字信号处理和滤波后,将三路零中频正交I、Q数据传输到计算机,由计算机进行傅里叶变换得到频域数据并实时显示这三路多普勒频移信息,另外还可以监听授时音频信号.观测结果反映了太阳耀斑、日出效应、Es等引起的电离层扰动响应及其对高频(high frequency,HF)传播的影响,可用于电离层扰动的长期监测.

基于射线追踪的TID期间电离层高阶效应及多普勒效应仿真

电离层行进式扰动(traveling ionospheric disturbance,TID)是一种常见的电离层扰动形式,对电磁波(如卫星导航)信号的传播过程有着重要影响.为研究TID对卫星导航信号传播效应,本文基于三维射线追踪方法对导航信号在空间电离层磁等离子体的传播进行仿真,重点研究TID情况下电离层二阶效应和多普勒效应.首先,通过在NeQuick电离层模型上添加电离层扰动建立TID仿真生成模型,该模型能够模拟多种尺度的TID结构;其次,基于我国南北方两个虚拟站点,仿真模拟得到导航信号在TID发生时的传播特性;然后,计算得到不同仰角和方位角时卫星导航信号的电离层二阶效应和多普勒效应等参数;最后,分析TID参数对电离层二阶效应和多普勒效应的影响.仿真结果表明,在本文仿真参数下电离层二阶和多普勒效应在低射线仰角情况下更明显,TID多普勒效应和TID周期相关性明显.

基于GPS观测数据的2022年1月15日汤加火山电离层扰动特征分析

2022年1月15日汤加火山喷发释放的巨大能量,对环太平洋电离层产生了显著影响.基于火山近场(<1000km)、区域(1000~5000km)和远场(5000~12000km)全球定位系统(Global Positioning System,GPS)观测数据,本文提取并分析了火山喷发后电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)扰动特征.结果表明,火山喷发后8~15min内近场电离层扰动主要源于爆炸产生的冲击声波(~1000m/s),区域和远场上空远距离传播的低频扰动则与兰姆波有关(~330m/s).各地区扰动幅值与背景TEC值总体呈正相关关系,并且随着扰动波行进距离增大,相对振幅比率逐渐减小.本文也对比了各地区参考日和事件日电离层活动水平,并通过射线追踪反演得到了火山喷发时刻与位置,进一步确认了区域和远场电离层响应均与汤加火山相关.此外,1月15日约06:20UTC在新西兰上空观测到一组略延迟于初始海啸到时的频率突变扰动,该扰动与DART浮标观测记录相符,暗示气象海啸的产生.

2011年5月28日磁暴期间中国地区大尺度电离层行进式扰动的GPS台网监测

利用中国大陆构造环境监测网络及全球GPS服务系统提供的中国及其周边地区的246个GPS接收台站的TEC观测资料,观测研究了2011年5月28日一次中等强度磁暴期间中国地区出现的大尺度电离层行进式扰动(LSTID),并给出了中国地区的二维TEC扰动图像.结果表明:在磁暴恢复相期间,我们一共监测到两个LSTID事件,一个发生在午夜前的中国西南地区,另一个发生在午夜后的东北地区.TEC二维成像结果清晰地显示了两次LSTID在中国地区的连续传播过程,西南地区午夜前的LSTID由低纬向中纬沿北偏东的方向传播,其持续时间约为60min,水平传播距离约1200km,等相面的宽度最大约500km;东北地区午夜后的LSTID由中纬向低纬沿南偏西的方向传播,其持续时间约为70min,水平传播距离约1200km,等相面的宽度最大可达1400km.对TEC扰动进行互谱分析得到两次LSTID的传播参量,发现午夜前的LSTID的水平传播相速度和相对扰动振幅的平均衰减率都比午夜后的LSTID的要大,这可能是由午夜前西南地区较高的背景垂直TEC0及背景大气温度引起的.研究还表明,午夜后的LSTID是由北极区活动激发的大气声重波产生的,通过对高纬地区水平地磁分量H的分析,可以估计出其激发源应位于140°E以东,42°N以北的1400～2600km范围之内;而对于午夜前的LSTID,则可能是由赤道电集流引起的焦耳加热激发的大气声重波产生的.

中国低纬地区行星波扰动观测及其对SF的影响

为研究在日落后反转增强(PRE)期间行进式行星波电离层扰动(TPWIDs)对F层的调制机制以及对扩展F(SF)形成和发展的作用,利用三亚地区DPS-4D数字测高仪2012年探测的34080张数字频高图数据,获取了电离层特性参数-真高,以真高的逐日变化表征行进式行星波扰动,分析了中国低纬地区SF高发季节中行星波扰动特性,并研究了行星波扰动时的不同相位对SF产生和发展的影响.结果表明:地磁平静时期,在PRE期间,TPWID行星波扰动调制着PRE时期的电场强度,根据其相位的不同能导致F层的高度上抬或下降;日落后F层高度的变化控制着SF的发生,在三亚地区真高阈值大约为250 km,即当PRE导致F层高度上抬到大于250 km时,有利于SF产生;并且在分点季节(3月,4月,9月和10月),TPWID行星波相位也调制着SF的开始时间,即TPWID相位越大,SF发生的越早,TPWID相位越小,SF发生的越晚甚至不发生.

化学复合率对激发赤道等离子体泡影响的数值模拟

本文模拟研究了背景电离层在一维和二维扰动下产生等离子体泡的过程,在模拟过程中引入行进式电离层扰动(traveling ionosphere disturbances,TIDs)模型激发生成电子密度的二维扰动,同时通过改变化学复合率来研究不同复合率对等离子体泡结构形态的影响.模拟结果表明,复合率对等离子体泡的生成速度有较大影响,复合率越大,激发等离子体泡所需时间越长.另外,在二维扰动情况下电离层生成等离子体泡的速度要比一维扰动情况下的速度慢.在一维扰动情况下,不同复合率对等离子体泡结构形态影响不大,而在TIDs激发的等离子体泡中,不同复合率对等离子体泡的结构形态有较大影响.在较小复合率的情况下,TIDs激发的等离子体泡可以产生分叉结构,并伴有大量小尺度的等离子体泡结构,同时模拟结果存在等离子体泡底部收缩现象.模拟结果还表明,当存在大量小尺度等离子体泡时,单个等离子体泡周围的极化电场方向在非线性的演化过程中可能会发生变化,因此并不是所有底部等离子体泡都能够抬升到电离层顶部,只有其周围极化电场方向一直是东向的等离子体泡,才能够进一步抬升到电离层顶部.

背景风场对中尺度受导重力波的影响

采用重力波的大气分层全波解法，计算得出了强逆风场作用下以及无风条件下中尺度重力波受导波模的色散曲线和衰减距离曲线．结果表明，强逆风场可以使得各中尺度受导波模衰减距离明显变长，并导致不同尺度重力波的衰减距离出现峰值分布．通过分析美国ＭｉｌｌｓｔｏｎｅＨｉｌｌ台站和武汉电离层观象台的ＴＩＤ实测结果证实了这些风场支持的远距离传播波模的存在．

高集成度的高频多普勒探测系统的设计

地震、台风、磁暴等天气事件爆发时,引发的电离层扰动会对无线电波的传播环境造成影响,使空间传播的高频无线电信号产生多普勒频率偏移.针对此问题,提出了一种新型的高集成度的高频多普勒探测系统.通过研发的高集成度的高频多普勒接收机接收来源于电离层反射的高频无线电信号,经过信号处理电路的混频处理获得低中频信号,再通过数据采集卡采集信号并保存在PC机上,利用上位机软件对保存的数据进行实时处理,得到高频多普勒频移的变化曲线,从而研究电离层扰动特征.同时给出了电离层日出效应、偶发E层和行进式电离层扰动等探测实例.实际观测表明:该探测系统运行稳定可靠,可以用于电离层环境的长期监测.

基于GNSS观测的核爆相关参数估计研究

地下核试验引发的声重波会对电离层造成影响,引发行进式电离层扰动(TID)。通过GNSS的观测数据可以提取出地下核试验引发的电离层TID,从而对核爆的相关参数进行分析。本文根据IGS站点接收的全球定位系统(GPS)数据,探讨了估算TID传播速度以及核爆爆心位置的方法,并给出了计算结果。结果表明利用GPS观测数据来估计核爆爆心位置是可行的。

基于多仪器观测的中国中纬区域MSTID长距离传播事件研究

电离层等离子体不规则结构通常会影响星地卫星的通信、导航及定位等,因此研究不规则体的结构特征和演化过程具有非常重要的科学意义和应用价值。中尺度电离层行进式扰动(MSTID)是一种常发于F层的电离层扰动,其演化过程十分复杂。本文利用伊春和兴隆台站全天空气辉成像仪、Swarm卫星、佳木斯高频雷达以及漠河和十三陵台站数字测高仪观测数据,对2018年10月17日夜间出现在中国东北区域上空的MSTID事件进行分析。该MSTID事件传播时间较长,在气辉观测中持续时间超过4 h(12:02-16:23 UT),其波长范围为176.3~322.5 km,波速范围为67.0~154.1 m·s^(–1)。研究结果显示,该MSTID可能产生于较高的纬度,自东北向西南往中纬传播,依次经过伊春和兴隆台站的气辉观测区域。