基于LWPC和IRI模型的NWC台站信号传播幅度建模分析

频率为3~30kHz的甚低频(VLF,Very Low Frequency)电磁波具有波长长、传播距离远的特点,能够沿地面-低电离层波导进行传播,在通信、导航等许多领域都被广泛应用.基于波导模理论的长波传播模型(LWPC,Long-Wavelength Propagation Capability)能够用于计算甚低频波的传播路径及幅度,进而研究耀斑、磁暴、地震等事件对电离层的扰动.本文利用国际电离层参考模型(IRI,International Reference Ionosphere)对LWPC中电子密度和碰撞频率进行改进,并将模拟结果与武汉大学VLF接收机实际观测到的NWC(North West Cape)台站信号幅度进行比较分析,结果表明改进后LWPC模型得到的幅度及变化趋势与实际值更加接近.LWPC模型给出的电子密度与IRI模型得到的电子密度在日间基本一致,但是在夜间存在差异,造成夜间部分区域NWC台站信号幅度的差异性,验证了电离层电子密度对于VLF信号传播具有的重要影响.传播路径上的晨昏变化也可以引起VLF信号幅度分布的突变,在日出和日落时间段内存在明显的过渡区域.基于IRI模型的LWPC,改善了VLF电波传播过程的预测分析效果,提供了一种长波导航通信质量的评估方法.

基于自然雷电的甚低频传播特性分析

雷电是自然界最重要的大气现象之一,典型情况下雷电电流强度可达几万安培,放电路径可达几千米,持续时间几十微秒,包含非常丰富的频率成分,雷电脉冲在甚低频地—电离层波导中经多次反射到达远处的接收点,接收到的雷电脉冲实际携带了甚低频地—电离层波导频率传播特性。首先对雷电脉冲进行分类与统计,在此基础上对雷电脉冲进行频谱分析,然后将研究结果与LWPC软件预测结果进行对比分析。结果表明,使用自然雷电脉冲的平均谱估计甚低频传播特性是可行的。此法与人工辐射源法相比,主要优势在于被动检测、应用成本低、可测频率范围宽、低端频率特性测量精度较高。