六十载筚路蓝缕铸基业 逢盛世踔厉奋发共复兴——庆中国电波传播研究所成立60周年

中国电波传播事业于战火而生.抗日战争年代,在重庆建立了我国第一个电波观测站,为“飞虎队”短波通信提供保障,是我国电波观测研究事业的起点.中国电波传播事业受危命而立.新中国成立之初,为支持国家无线电系统发展,1952年成立通信兵部电波传播研究组,1963年整合优势力量正式成立中国电波传播研究所,中国的电波传播事业开始步入正规化和体系化发展之路.

中国电波环境数字地图研究

电波传播特性分析预测不仅需要传播模式,还需要电波环境特性数据的支持.国际上已广泛采用电波环境栅格数据(数字地图)取代原有的电波环境图表,本文利用大量长时间积累的原始气象数据,经过统计分析得到了能够反映我国实际情况的电波环境数字地图,电波环境数字地图可以更可靠地应用于我国不同地区电波传播的分析预测.

高频频率预测方法中国区域的精细化研究

提出了一种适用于中国及邻近区域高频天波传播的精细化频率预测方法:该方法基于ITU-R频率预测方法体系,在应用中国参考电离层模型的基础上,利用1976—2006年10个电离层观测站近三个太阳活动周期电离层特征数据的统计分析结果,充分考虑预测参量随空间位置、昼夜以及太阳活动的变化特性,重建了E层、F1层和F2层OWF-MUF和HPF-MUF转化因子的时空映射.利用中国境内2008年1月6条链路和2012年3月9条链路的观测结果,对本文所述方法和ITU-R建议方法进行对比分析,对比结果显示本文所述方法较ITU-R建议方法在预测精度上有了明显的改善:MUF、OWF、HPF预测的均方误差分别降低了0.28、0.16、0.45MHz,最大误差降低量为0.90、0.55、1.31MHz,均方相对误差平均降低了4.79%、2.97%和4.91%,最大误差降低量分别为10.14%、8.63%和11.75%.

中国地区电离层TEC暴扰动研究

电离层总电子含量(TEC)是空间天气研究和监测预报的重要参量.本文引入了电离层TEC扰动指数DI,对青岛等6个台站的DI数据进行分析,选取DI>0.35(DI≤-0.30)作为正(负)相电离层TEC扰动的强度标准,并以连续6h及以上的DI满足该值来判定电离层TEC暴扰动事件.对电离层TEC暴扰动事件的统计分析表明,在地方时日落后至子夜前为发生高峰时段,正(负)相暴扰动事件平均持续时间约为10.9h(10.5h),正相暴发生率以冬季为多,夏季为少,而负相暴则以夏季略高.发现位于赤道异常驼峰区的广州站和位于高中纬度的海拉尔站比典型中纬地区的北京站电离层TEC暴扰动更易发生,且低纬地区以正相暴扰动为主.分析表明,约有70%的电离层TEC暴扰动伴随着有地磁扰动,但是电离层TEC暴扰动并不完全由地磁扰动所引起,强烈气象活动等局地环境因素也可能对电离层TEC暴扰动有着重要影响.

中国近海蒸发波导的数值模拟与预报研究

利用中尺度大气模式MM5对2007年中国近海大气蒸发波导进行了全年的高分辨的数值模拟。模拟结果统计表明,整个海域蒸发波导的平均出现概率约为90%。本文重点关注强度较大的蒸发波导,详细分析了其季节分布特征及其与海洋环流和海面气象条件的相关关系。研究发现,25°N以南的开阔海域的蒸发波导出现概率全年都较高,而以北的东海西北部、黄海与渤海,蒸发波导的出现概率呈现明显的季节特征;蒸发波导的空间分布受中国近海海洋环流的强烈影响,存在1个与黑潮区域相一致的带状波导高出现概率区域,台湾暖流、黄海暖流和对马暖流使得在某些季节相应海域蒸发波导出现概率高于其周围海域。此外,本文还基于WRF模式及其3DVAR系统构建了大气波导数值预报系统,尝试对中国东南海域的蒸发波导进行数值预报。

对流层电波折射误差修正经验模型研究

大气的折射效应引起电波传播延迟和路径弯曲。目前常见的电波折射经验模型只考虑了时延误差，而对于低仰角（5°以下）目标，弯曲误差的影响是不能忽略的，为进一步提高对目标的定位精度，以某沿海地区为例，利用1986-1995年的历史气象探空数据建立了适合不同仰角的电波折射修正经验模型，并拟合得到了模型中的参数。统计分析表明，经验模型与射线描迹法计算的折射误差具有很好的一致性。

基于国家电波观测站网电离层垂测数据的地震电离层异常研究进展

地震电离层异常现象已被大量观测所证实,地震电离层异常的特征分析及其物理机理研究对开展地震监测意义重大.近年来,中国电波传播研究所利用国家电波观测站网长期积累的电离层垂测数据,开展了震例分析及其机理研究,初步获得了震前电离层的异常特征,并建立了岩石圈-大气层-电离层电场耦合物理模型.本文简要介绍了近年来我们在该领域的研究进展,并对该领域的发展方向提出建议.

ITU-R P.1546方法在中国陆地典型区域适用性研究

在解读、剖析ITU-RP.1546方法的基础上,通过对比北京周边平原地区和贵州喀斯特山区的测试结果和预测结果,分析了该方法在两类中国陆地典型区域的适用性.分析结果表明:1)在3s和30s高程精度下,平原地区均表现出较好的适应性,但提升高程精度可一定程度上减小预测误差;2)山区在3s高程精度下具有良好适应性,粗粒度的高程数据将对发射天线等效高度及场强插值、地形余隙角修正值产生较大影响,其中3s与30s高程精度下的地形余隙角修正值的均值相差30.85dB.研究结果可为ITU-R建议所提供传播预测方法的区域性应用及本地化研究等方面提供参考依据.

中国典型区域Es特性研究

利用中国海口、长春和拉萨三个站1976—1986年一个太阳周的观测数据,对中国典型区域的Es特性进行了研究.分析了不同强度Es(f_0E_s>3,5,7,9 MHz)出现概率随本地时、季节以及太阳活动的变化规律,并对电离层Es遮蔽情况(包括全遮蔽和半遮蔽)进行了系统分析.研究结果表明,各种强度的Es出现概率均是白天大于夜间,夏季高于其他季节,随太阳活动性变化规律不明显,地区差异较大,大部分情况拉萨站Es出现概率最高;对于全遮蔽和半遮蔽特性,不同站也表现出不同的分布规律.

电离层Es电波传播模型研究

考虑大气折射的影响,对不同高度Es层条件下大圆路径传播距离与仰角的关系进行计算.基于电离层Es电子密度时空分布特点,建立高阶Es反射模型;运用高阶修正贝塞尔函数表示电离层Es电子密度扰动的自相关函数,综合考虑电离层Es各向异性结构的尺度关系,建立高阶Es散射模型.仿真计算Es层VHF斜入射传播衰减与频率、距离的关系.对于反射模型,Es层厚度越厚,电波衰减越大.对于散射模型,Es层不规则体水平尺度相同,垂直水平漂移的尺度越大,衰减越大;而垂直水平漂移的尺度相同,水平尺度越大,衰减越小.无论反射模型还是散射模型,f_0E_s越高,衰减越小;电波工作频率越高,衰减越大.对比建立的模型与VHF链路的测量结果,明确不同强度的电离层Es反射/散射机制,证明了建立模型的正确性.

中国地区电离层f_oF_2的重构方法研究

提出了一种以中国参考电离层为背景的中国地区电离层foF2的区域重构方法,该方法根据foF2时间和空间相关性,将foF2的估计值与中国参考电离层模型值之差的相对值作为区域变化参量,引入电离层距离、经度因子和纬度因子等参数实现了电离层区域重构.利用我国电离层foF2的数据,对该方法的重构精度进行了评估,实现了中国地区的电离层区域预报.

对流层电波传播研究与展望

对流层电波传播特性是影响无线电系统性能的重要因素,是电波传播研究的主要领域.本文系统综述了近60年来中国电波传播研究所在无线电气象、地面无线电业务电波传播、空间无线电业务电波传播、电波传播效应对无线电系统影响评估等对流层电波传播不同方向开展的研究和取得的研究进展.在此基础上,最后给出了对对流层电波传播研究的展望.

电离层暴时经验模型STORM在中国区域的适应性研究

利用中国区域内9个垂测站1976—1987年一个太阳活动周期的电离层暴时f_0F_2数据,统计分析了电离层暴事件的等级,以及不同等级的电离层暴随季节和地磁纬度的分布特征.研究发现,中小型电离层暴在春秋季发生的概率较大,不同季节的发生次数与地磁纬度具有明显的关系.利用STORM模型对电离层暴时f_0F_2和大型及特大型电离层暴时f_0F_2的预测值与月中值进行了比较.结果表明,除了冬季误差增大外,发生电离层暴时STORM模型能够有效地改善月中值模型.增加中国的暴时数据,并提高对冬季的暴时参数f_0F_2的预测是改善STORM模型的重要因素.建立合适的暴时指数来预测f_0F_2是未来研究的重点.

地磁暴期间中国中低纬电离层的CIT研究

利用电离层层析成像技术(Computerized Ionospheric Tomography,CIT)处理115°E子午圈附近6个台站的GPS观测数据,分析了2004年11月地磁暴期间中国中低纬电离层的响应情况.结果表明,电离层呈正相扰动,且不同高度上的响应不同,800 km以下电子密度有不同程度的增加,且在峰值高度附近增幅最大,800 km以上地磁暴的影响并不显著;伴随地磁能量的注入,赤道异常峰极向扩展;随磁扰强度的降低,电子密度也逐渐恢复至平静水平.这些结果与以往的理论和观测结果一致,初步估计扰动是由热层暴环流引起的,并受到赤道异常峰移动的影响.

电离层中Ba和SF_6复杂释放的电波传播效应研究

单一点源方式的化学物质释放,一般仅能形成较简单的电离层扰动结构,对电磁波的影响频段和影响程度都较为局限,难以对甚高频(Very High Frequency,VHF)以上频段的无线电波产生显著影响.文章提出了一种Ba和SF_6两种不同性质物质组合的复杂释放方法,并利用水平分层介质传播理论,分别以150、400、1 000 MHz三个典型频率为代表,估算了VHF、超高频(Ultrahigh Frequency,UHF)和L频段常用卫星电波信号穿越扰动区后幅度和相位的闪烁情况.仿真结果表明,复杂释放方法产生的电离层扰动结构能够对VHF以上波段信号传播产生显著影响,且信号所受影响随着频率的提高而变弱.

电波极化面旋转特性研究

推导了电波极化面旋转角表达式,利用实测电子浓度、地磁场磁感应强度模与磁倾角剖面,对定高载体、不同天线侧视方向与地球法线夹角、不同地区、不同频段、不同时段、不同太阳活动情况下的电波极化面旋转角进行了仿真,并对仿真结果进行了分析,得出了电波极化面旋转角的时域、地域、频域等规律和特性.为这一领域的深入研究提供了参考.

第24太阳活动周中国地区电离层闪烁统计特性研究

利用第24太阳活动周中国多个地区GNSS电离层闪烁监测站数据,统计分析中国中低纬地区电离层闪烁特性.结果显示:电离层闪烁主要发生在春秋分及夜间20:00-02:00 LT时段;在28°N以南地区,纬度越低电离层闪烁强度和发生概率越高;电离层闪烁发生概率与太阳活动呈正相关,太阳活动上升年电离层闪烁发生概率高于下降年;不同强度地磁活动条件下,电离层闪烁均可能发生,且与地磁活动强度整体呈负相关.通过研究电离层闪烁统计特性,可以为电离层闪烁机理的深入研究、预报及工程应用提供参考.

电波折射修正公式中积分项的处理方法研究

分析了电波折射修正公式中积分项的数值处理方法,比较了所用累加∑法和Gauss-Legendre法的实用范围和优缺点.结果表明,高精度电波折射修正中对积分项进行处理时,采用Gauss-Legendre法进行积分计算有利于修正精度.

电波环境水平不均匀性对雷达探测精度影响研究

电波折射成为影响雷达等测控设备探测精度的最重要误差源.根据雷达高精度探测的需要,利用MM5、NeQuick模型分别仿真分析了对流层、电离层区域电波环境水平不均匀性,并重点研究了电波环境水平不均匀性对折射误差修正精度的影响.研究结果表明:对于工作频率1.0 GHz或更低频段雷达而言,对流层水平不均匀性对折射误差修正精度影响相对较小,而电离层水平不均匀性显著,对折射误差修正及雷达探测精度影响较大.特别是对于UHF或更低频段雷达,对流层水平不均匀性影响可忽略不计,而电离层水平不均匀性影响更大,需重点考虑并予以修正.本文研究结果对不同工作频率的雷达的大气折射误差修正的论证、设计及研制具有较强的参考和支撑作用.

三维大气电波折射修正实验研究

外测系统电波折射修正中常用的球面分层法和水平分层法都没有考虑到大气水平不均匀性的影响，因此其修正精度不是太高。而三维大气法不仅考虑了大气在垂直方向上的变化，而且也考虑了在水平方向上的变化，所以其修正精度较高。本文给出了采用三维大气法和球面分层法在××山区进行电波折射修正比较的实验结果，所得结果表明，对于精度要求较高的外测系统，电波折射修正最好采用三维大气法。