非相干雷达探测低电离层的结果分析

位于波多黎各的Arecibo非相干雷达可以获得低电离层电子和离子密度,利用此非相干雷达数据对中纬度低电离层的运动特征进行研究.得到了电子密度随时间和高度的变化情况,结果显著呈现出周日变化特征,并分析了电子密度随高度的变化规律.进一步对数据进行频谱分析,深入研究低电离层电子密度的周日变化效应.得到电子密度的高度剖面,发现从F层底部到E层有明显的等离子体沉降.低电离层的层结构特征及电子密度变化表明,在该区域还存在不同程度的等离子体扰动,由此对低电离层的作用因素进行分析,认为大气潮汐或声重波可能对低电离层产生扰动,即低电离层与大气存在一定程度的耦合作用.

曲靖非相干散射雷达观测研究进展与展望

本文介绍了我国曲靖非相干散射雷达的主要技术方案,结合实测数据分析表明该雷达具备了电离层电子密度与等离子体温度观测、空间碎片凝视探测与月球二维成像探测等能力,可用于研究电离层F层气候学特征、电子密度暴时变化与异常增强等天气事件、E-F谷区结构与变化、约3 cm以上尺寸空间碎片的分布特征与模型、月球不同区域的散射回波特性等.下一步将重点开展低电离层与北驼峰结构及演化过程、电离层暴时与扰动特性观测.

涡旋电磁波在非相干散射雷达上的应用前景

电离层是地球大气层的一个重要组成部分,由电离而成的等离子体组成,对超视距通信、卫星通信、航天器有着重要的影响。非相干散射雷达是获取电离层等离子体参数的最先进设备。目前,非相干散射雷达使用传统平面波进行探测,而涡旋电磁波作为新型的电磁波束,其在非相干散射上的应用价值有待发掘。选取典型的矢量贝塞尔涡旋波束,以相关理论为依据,探索了其在电离层非相干探测上的前景,指出用其探测等离子体运动以及电离层不规则体的可能性。

曲靖非相干散射雷达空间碎片微动特征提取方法

微动特征是空间碎片目标特性研究与识别的重要特征量.为提升非相干散射雷达在空间碎片微动特征提取中的应用,设计了一种基于雷达的目标微动特征提取方法,包括距离徙动修正、目标平动速度和加速度余项修正、时频分布计算、逆Radon变换等,并利用曲靖非相干散射雷达实测回波数据进行分析验证.结果表明,利用非相干散射雷达实测回波可有效提取空间碎片自旋或翻滚半径、周期、频率以及姿态角等特征参数,进而初步判断其形状,仿真和实测数据分析结果与预期情况基本相符.本文工作验证了电离层非相干散射雷达用于空间碎片微动特征提取的可行性,为空间碎片监测与目标特性研究识别提供了新技术手段.

基于非相干散射雷达和GPS观测研究Millstone Hill地区等离子体层电子含量

本文尝试结合非相干散射雷达和GPS TEC观测数据提取等离子体层总电子含量(PTEC).我们首先描述所用的技术方法,然后具体利用了Millstone Hill台站的观测数据研究该地区上空等离子体层总电子含量(PTEC)的变化情况.我们采用变化标高的Chapman函数对非相干散射雷达测得的电子浓度剖面数据进行拟合,然后通过对剖面积分得到100km到1000km高度范围的电离层总电子含量.GPS提供的TEC数据为高度达20200km的总电子含量,两者之差可近似看成等离子体层的电子含量.本文分别选取太阳活动高年(2000,2002年)和太阳活动低年(2005,2008年)Millstone Hill台站的静日数据进行研究.结果表明,等离子体层电子含量及其所占GPSTEC的比例具有明显的周日变化.PTEC含量在白天高于夜间,而所占GPS TEC的百分比,夜间明显高于白天.太阳活动高年所选月份等离子体层电子含量在4～14TECU(1TECU=1016el/m2)范围内变化,夜间所占比例可达60%左右.太阳活动低年所选月份等离子体层电子含量在3～7TECU范围内变化,所占比例夜间最高可达80%左右.我们所得到的结果与前人基于其它观测手段所得结果在变化趋势上一致,在量级上也大致相当.因此,这从一个侧面证明了我们所用方法的可靠性.非相干散射雷达能够探测包括F2层峰值以下及以上高度的电子浓度,利用这一设备所观测得到的资料来推算电离层电子含量将比前人基于电离层垂测仪观测资料进行的推算更具真实性,由此得到的等离子体层电子含量也将更为接近真实情况.

曲靖非相干散射雷达功率剖面的初步观测与分析

介绍了非相干散射雷达功率剖面与电离层电子密度剖面之间的关系,给出了曲靖非相干散射雷达功率剖面的一些观测结果,结合电离层垂直探测数据,初步介绍了曲靖非相干散射雷达在夜间电离层波状扰动、低纬电离层异常区北驼峰位置、电离层电子密度日落增强和暴时变化等观测研究中的应用.本文结果丰富了对我国曲靖地区电离层空间天气特性的认识,显示了该雷达在我国低纬电离层空间天气观测研究中的良好应用前景.

曲靖非相干散射雷达电离层F区日间电子温度变化特征初步分析

利用曲靖非相干散射雷达2017-2018年春夏季观测数据首次分析了电离层日间150~450km电子温度的地方时与高度变化特征及其与电子密度的相关性.发现hmF2及以上的电子温度在日出日落时具有两个峰值,在11∶00-16∶00LT之间变化较小,高度越高午后上升的时间越早;从150km开始迅速增加,在约220km达到最大值,然后开始降低,在约300~350km达到最小值,最后单调上升;200km以下电子温度与电子密度成正相关(主要由热传导控制),200~450km之间存在明显的反相关(光电离过程占主导),电子-离子温度差与电子密度对数之间存在近似线性关系,电子温度逐日变化与光电离因子的变化趋势相似,这种相关性在中午与午后更明显;以上结果与其他非相干散射雷达观测和电离层模型计算结果基本一致,但也存在一些差别,需要结合更多数据深入分析.

非相干散射雷达的空间碎片参数提取

介绍了利用电离层非相干散射雷达探测回波提取空间碎片参数的匹配滤波方法和主要技术流程;以一个碎片事件为例,详细说明了空间碎片距离、径向速度、散射截面和等效直径的估算方法;实测了约80 min的原始回波数据,共检测到165个碎片,并分析了这些空间碎片参数的统计特征,发现碎片主要分布在600 km^1 000 km和1 400 km^1 600 km两个高度区间,雷达散射截面约4 cm2~80 cm2,直径约4 cm^12 cm,径向速度约-1.5 km/s^1.5 km/s。

匹配滤波方法在非相干散射雷达测量空间碎片中的应用

利用2010年3月25日欧洲非相干散射雷达的常规电离层探测数据,分析了实测数据中接收功率突变的现象.高度发生在500 km以上的功率突变一般不是由于地球物理影响产生的,而要归因于卫星或空间碎片.采用匹配滤波方法实现了对空间碎片的探测和提取,利用相干积累的方法提高了信噪比,共获得363个碎片,得到了碎片随高度和时间的分布.结果表明,碎片高度分布主要集中在800 km左右,与欧洲非相干散射组织现有的碎片数据具有一致性.

由非相干散射雷达数据重建极光沉降粒子能谱

本文研究了由极区地面雷达电子密度高度剖面测量数据重建极光沉降粒子能谱的基本原理和方法.在4-30 keV能量范围内,重建结果与FAST卫星实测数据在数值水平和变化趋势上基本吻合;在地磁平静和磁暴期间,重建获得能谱特征与前人研究结果相一致.该方法开辟了获取沉降粒子能谱特征的一条新途径,可以弥补卫星能量粒子观测数据磁地方时分辨率的不足,对于建立空间环境扰动模式具有重要的学术意义和应用价值.

曲靖非相干散射雷达探测空间碎片初步成果

在介绍曲靖非相干散射雷达的基本情况和工作参量的基础上,给出了雷达探测空间碎片的灵敏度,报道了2014年11月18日空间碎片探测的实验结果,与理论轨道计算值比较,目标的距离值有很好的一致性,确认了7个编目碎片,证实了利用曲靖非相干散射雷达开展空间碎片探测的可行性。经过进一步的技术革新,曲靖非相干散射雷达有望观测直径为5 cm左右的空间碎片,并通过组网等技术手段进一步扩充空间碎片和其他自然天体目标的跟踪能力。

非相干散射雷达的空间碎片信号处理与分析

非相干散射雷达是目前地基电离层探测最强大的手段,同时在空间碎片探测方面也具有重要应用价值.从基于非相干散射雷达的空间碎片探测理论基础出发,较详细地介绍了其信号处理方法和空间碎片参数的估算方法,特别是介绍了相干积累和非相干积累两种方法与实测数据对比分析结果,定性分析了测量误差,这对于提升我国的空间碎片探测能力具有重要意义,对利用我国曲靖非相干散射雷达开展小尺寸空间碎片探测具有重要参考价值.

曲靖非相干散射雷达在空间碎片探测中的应用

目前,空间碎片探测方面的研究越来越受重视,曲靖非相干散射雷达的建成进一步加快了我国空间碎片探测的步伐.本文基于曲靖非相干散射雷达基本特性,首先利用Mie理论研究了498MHz、500MHz和502MHz三个频率理想球形目标的散射特性并进行了分析,结果表明目标大部分散射能量分布在前向及其附近方向;然后以编目为14209的空间碎片为例,通过该雷达的探测得到其后向雷达散射截面(RCS)为0.0043m^2,并给出了该雷达的最小可探测目标,这说明了曲靖非相干散射雷达在空间碎片探测方面具有优良的性能,目标电磁散射截面按500MHz计算正确有效,并能够满足工程需要.最后,以西安7.3m和1m天线为例分析了该结论对非相干散射雷达优化布站以及组网探测空间碎片具有参考价值.

非相干散射雷达的高信噪比空间物体距离测量方法

非相干散射雷达是目前地基电离层探测的强大手段,同时在空间物体探测方面也具有重要应用前景.当空间物体回波信噪比很高时,可以利用单个脉冲进行目标检测,而无需相干积累.非相干散射雷达常采用相位编码脉冲,在单个相位编码脉冲内存在多次相位翻转,此相位翻转在接收机滤波后显示一定坡度,通过搜索此坡度曲线上具有最大斜率的坡度点可高精度确定发射-接收回波脉冲内各对应相位翻转的时间差以及对应的距离,对这些距离值进行加权最小二乘拟合,即可给出该回波脉冲对应的空间物体距离及误差估计值.利用欧洲非相干散射科学联合会(European Incoherent Scatter Scientific Association,EISCAT)实测数据分析发现,距离误差可达数十米量级,远优于以往的基于发射-接收回波脉冲前沿时间差方法.

北极500MHz非相干散射雷达空间碎片凝视探测的统计分析

对北极500MHz非相干散射雷达2007年5月—2008年2月期间73天的空间碎片观测数据进行了统计分析.主要结果如下:1)共观测到88 679个空间碎片,每天平均约1 215个,每小时平均约50个;2)800~1 000km的空间碎片数目明显多于其他探测距离门区域,空间碎片速度在-1.25~1.25km/s对称分布,空间碎片尺寸主要分布在3~10cm区间;3)从数天的短时间尺度来看,空间碎片分布特征变化较小;从数月的长时间尺度来看,空间碎片数量总体呈增加趋势,高度分布范围由集中逐渐扩散;4)860km高度上的空间碎片数目出现时隔五个月的特别起伏变化;5)从地方时分布看,6—8LT和12—14LT空间碎片数目变密集.以上结论增加了对北极空间碎片分布特征的认识,对我国的空间碎片建模具有重要意义.

曲靖非相干散射雷达电离层E-F谷区电子密度日间变化特征初步分析

电离层E-F谷区是电离层探测和研究的薄弱环节之一.文中利用曲靖非相干散射雷达日间120~200 km的电子密度观测数据,初步分析了曲靖地区电离层E-F谷区的变化特征.发现E-F谷区结构依赖于地方时与季节,相对于正午存在对称性,同时表现为两种形态:一种在120~160 km存在明显谷区结构,谷底位于134~144 km;另一种的谷区很宽,谷底位于约130 m,在120~150 km电子密度随高度缓慢变化,160 km以上电子密度快速单调增加.一次耀斑爆发后129 km以下电子密度迅速增加,D层电子密度突然增强,而134 km以上变化不明显,可能与X射线增强有关.一次磁暴期间139~158 km电子密度变化不明显,177~196 km的电子密度出现了增强现象,可能与氧原子含量增加有关.

曲靖非相干散射雷达月球探测初步结果

非相干散射雷达是目前地面监测电离层最强大的设备,在月球等天体目标探测方面也具有潜在价值。本文介绍了曲靖非相干散射雷达技术特点与月球探测数据处理方法,分析了月球探测初步结果以及目前存在的不足与下一步工作计划。结果表明,曲靖非相干散射雷达目前可探测月球单极化回波(右旋圆极化)、反演月表反射系数和粗糙度、进行初步成像等,探测结果与现有研究结果基本一致。本文工作对我国地基雷达天文探测具有重要意义。

曲靖非相干散射雷达空间碎片实测数据分析

文中分析了曲靖非相干散射雷达实测空间碎片数据,主要结果包括:1)空间碎片主要分布在600～1100km和1400～1500km两个距离区间,特别是在800km和1000km出现两个峰值;2)径向速度主要分布在-2～2km/s; 3)对于780km的探测距离门,探测流量约7个/小时,低于北极雷达观测结果,但与空间碎片流量模型可比拟;4)与编目库对比发现该雷达可探测1000km的18cm或500km的5cm目标;5)距离测量误差约1.47km,位置测量误差约15km; 6)不同指向时雷达实际探测的空间碎片数目不同,但与基于编目库目标仿真结果的基本特征一致;7)可能具备发现未知小尺寸(小于8cm)空间碎片的能力,但需更多数据验证分析;8)实测的空间碎片散射回波有时会出现周期性振荡现象,表明空间碎片穿过雷达波束期间可能处于周期性运动状态,其周期长短不一。

非相干MIMO雷达模糊函数特性优化

距离折叠、多普勒频率混杂和匹配滤波杂波抑制性能是雷达在杂波条件下的基本性能.为揭示非相干MIMO雷达的此类性能,对非相干MIMO雷达的模糊函数特性均进行深入研究和优化设计,包括无模糊时延、无模糊多普勒、无模糊区区面积和无模糊区内的副瓣水平等特性.经过波形优化设计,在时延-多普勒平面上,非相干MIMO雷达的无模糊区面积被优化为1(无单位),无模糊区内的副瓣水平与SIMO雷达相当.因此,非相干MIMO雷达的距离折叠、多普勒频率混杂和匹配滤波杂波抑制性能与SIMO雷达相当.仿真结果表明,非相干MIMO雷达的无模糊区面积被优化为1.

非相干散射雷达的空间碎片参数统计分析

采用匹配滤波方法处理了非相干散射雷达的原始采样数据(时长约7h),共检测到394个空间碎片,估算了其轨道高度、径向速度、散射截面、等效直径及径向加速度等参数,统计分析了这些参数的变化特征,得到穿过雷达波束的空间碎片流量约为60h^(-1),信噪比为10~1000,空间碎片主要分布在600~1100 km和1400~1600 km两个高度区间,散射截面10^(-5)~10^(-2)m^2,等效直径3~10 cm,径向速度-1.5~1.5 km·s^(-1),径向加速度20~90 m·s^(-2),这对于中国的空间碎片探测与研究具有重要参考意义.