基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究:1.电离层E区连续性回波

基于三亚(109.6°E,18.4°N)VHF电离层相干散射雷达观测,分析了我国低纬电离层E区场向不规则结构连续性回波的发生特征.研究结果表明:白天,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至25m/s,多普勒宽度主要分布在20至70m/s;连续性回波的高度大约以1km/h的速度缓慢下降,与偶发E层(Es)底部所在高度(hbEs)有很好的相关性,表明在背景电场影响下,Es经梯度漂移不稳定性产生场向不规则结构,引起E区连续性回波.夜间,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至50m/s,多普勒宽度为20至110m/s,回波在时间-高度-强度图上常呈现多层结构,可能与潮汐引起的多个离子层相关;而E区连续性回波的短暂中断,以及120km以上高E区连续性回波的发生,则可能归因于赤道扩展F极化电场的影响.此外,对E区连续性回波多普勒速度与全天空流星雷达风场观测的比较发现,在100km以下,多普勒速度与子午风场有很好的相关性.

基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究:2.东亚低纬电离层E区准周期回波

中低纬电离层E区不规则体准周期雷达回波现象,在地球不同经度区被观测到并开展了有关研究.本文利用三亚(109.6°E,18.4°N)VHF相干散射雷达2011年2月6日的观测,第一次给出了中国低纬电离层E区准周期回波的发生和变化特征.观测结果表明:准周期回波发生在地方时夜间2100—2200LT的110km高度上,与连续性回波可同时发生;准周期回波斜纹在雷达探测的高度-时间-强度(HTI)图上可延伸5～20km,持续时间为5～15min,回波斜纹高度随时间以20～30m/s下降,斜纹在HTI图上彼此间隔10km和10min左右.此外,雷达回波多普勒谱和雷达干涉分析显示不同高度准周期回波的多普勒速度随高度-时间表现出不同的变化趋势,与回波条纹斜率无明显联系,不同高度准周期回波对应的不规则体在东西方向也表现出截然不同的运动特征.分析结果表明,三亚电离层E区准周期回波的发生可能并不是由散块Es随着中性风周期性的经过雷达探测区域所致,而可能和Es中的扰动结构相关.

武汉VHF相干散射雷达及初始观测结果

武汉VHF雷达坐落于武汉大学(30.5°N,114.4°E),工作频率为48.2 MHz,是我国首部用于观测中纬度电离层场向不均匀体实时演变特征的相干散射雷达。首先详细介绍该雷达系统设计,主要包括天线阵系统、功放系统、接收系统、波束控制系统以及数据处理系统;然后利用噪声基底拟合方式去除射频干扰,增强RTI图的可读性和雷达有效回波结构的清晰度。武汉VHF雷达E层不均匀体的观测结果表明,中纬E层准周期回波的发生是风剪切激发K-H不稳定性所致。

VHF雷达回波距离拓展特性频率依赖关系研究

针对相干散射雷达探测中受方向敏感性的影响产生距离拓展的现象,研究了在不规则体尺度参数影响下回波距离拓展特性与雷达频率之间的依赖关系.基于相干散射雷达回波方程,对回波展宽随不规则体尺度变化进行了计算,开展了雷达工作频率与距离拓展特性依赖关系的仿真,得到了雷达工作频率-展宽宽度拟合斜率随不规则体尺度变化规律.结果表明,回波展宽宽度与雷达频率之间为线性相关,拟合斜率与不规则体纵向尺度之间存在一一对应的关系,通过线性回归计算的斜率可以用于反推不规则体的纵向尺度参数.由于斜率计算无需获取绝对的雷达天线增益、馈线损耗和发射功率等参数,因此可为未标定的VHF雷达提供一种新的不规则体尺度探测方法,这对开发新的不规则体探测技术具有重要意义.

约束MUSIC算法在米波雷达低仰角测高中的应用

在米波雷达低仰角测高中,由于直达波和相干多径信号都在天线波束的主瓣之内,导致测高精度低.约束MUSIC算法利用已知的信源方向来提高未知信源估计精度,而且不受信源相干的影响.将该算法应用于米波雷达低仰角测高中,将多径信号作为约束来提高直达波的估计精度,提出一种广义约束MUSIC算法,并结合雷达测高的特点对其进行改进,计算机仿真结果证实改进算法在保持良好性能的同时能降低运算量.

雷达研究E层不均匀结构的最新进展

着眼于电离层Ｅ层是一个特殊等离子体空间环境，综述了ＶＨＦ相干散射雷达研究Ｅ层不均匀结构在６个方面的最新进展，阐明了我国开展这种研究的良好前景．

不同尺度低纬电离层不规则体漂移特性的观测研究

利用我国三亚站GPS短基线接收机阵以及VHF电离层相干散射雷达多波束扫描模式进行同时观测,对2011年10月22日至29日夜间两种不同尺度电离层不规则体的纬圈漂移速度进行比较研究.结果表明,两种不同手段观测的不同尺度不规则体漂移速度,在大小、变化趋势以及时间范围上基本一致.不规则体产生在20:00LT(LT为北京时)左右,以100～250m/s的速度东向漂移,并且速度幅值起伏较大;在不规则体发展中后期(21:00LT以后),东向漂移速度减低到50～150m/s,并延续至午夜.两种手段观测的漂移速度差异,一个重要原因可能来自于两者观测范围的不同.此外,GPS短基线接收机阵观测的400米尺度电离层不规则体通常比VHF雷达探测到的3米尺度电离层不规则体存在的时间要长.

曲靖E区场向不规则体回波特征观测研究

利用曲靖VHF相干散射雷达2016年3月至2018年2月间持续观测数据,对电离层E区场向不规则体(field-aligned irregularities, FAI)回波形态特征进行统计分析,结果表明:E区FAI回波在地方时和高度上呈现出三个高发区间,日侧主要位于07:00—12:00LT和90～105 km,而夜侧两个高发区间分别对应于15:00—01:00LT和90～100 km以及18:00—04:00LT和100～115 km;E区FAI回波发生率还具有明显的季节变化,夏季5—8月是其高发期,而冬季的11和12月发生率为极小; E区FAI回波多普勒速度均在-85～85 m/s变化,而其谱宽主要分布在60 m/s以内,三个区间的平均多普勒速度均仅为数m/s,明显小于其平均谱宽,后者约在20～30 m/s.此外,高度分层研究发现,日侧E区FAI的各层平均多普勒速度总体上为负值,但在96 km高度上下薄层内存在一个小幅正值,而夜侧则以105 km高度为界,其上端各层均为负值,下端各层均为正值.曲靖E区FAI表现出典型的Ⅱ型回波特征,其生成和演变过程源自电离层电子密度梯度漂移不稳定性,子午风和低F区电场在其中起着重要作用.

2020年6月21日日环食电离层Es响应研究

为研究日环食期间电离层Es演化过程,利用VHF相干散射雷达和便携式垂测仪在2020年6月21日日环食期间开展联合观测试验,得到日环食期间h′Es和f_(o)Es均呈现出先降低再增强的变化形态.分析表明,该演化过程类似于快速日出日落对电离层Es的影响,其成因是日环食期间太阳活动作为辐射源经历了快速减弱、复原的一个过程.本次试验观测结果对研究和完善电离层Es形成机制、机理有重要意义.