天波/地波组合传播模式下一阶海杂波特性分析

分析天波反射/地波绕射组合模式下一阶海杂波的产生机制、展宽原理,导出了一阶海杂波频移、展宽计算公式;结合距离换算、双基地角、擦地角计算公式,对组合模式下一阶海杂波频谱随距离、方位的分布特性及展宽特性进行了理论计算分析。实测信号频谱特征与理论分析结果的对比表明:实验结果与理论分析相符合,验证了天波反射/地波绕射集成概念是成立的,进一步证明了天波/地波集成探测技术原理可行。

电离层不同传播模式信号多普勒频移的实验研究

介绍了试验采用的设备和工作参数。依据试验数据,统计分析了电离层不同传播模式信号的多普勒频移、射线距离、信号强度、能量频谱的距离展宽和频率展宽,给出了不同传播模式信号多普勒频移、射线距离和信号强度间的比较结果。最后通过分析电离层不同传播模式信号多普勒频移与射线距离间的变化关系,得到了对不同传播模式多普勒频移变化规律的一些新的认识。

f_oF_2月中值太阳循环变化及单站谱模型研究

利用我国9个电离层观测站第21和22太阳周大约20年的foF2月中值数据,分析太阳活动和地磁活动对电离层foF2的影响,结果显示白天和夏季夜间foF2和太阳黑子数R之间存在着明显非线性关系,并且随着纬度的降低逐渐增强.当回归分析加入地磁Ap指数时,多重回归模型与实测值误差进一步减小,说明同时考虑太阳活动和地磁活动的非线性影响能够更好地描述foF2的变化.基于foF2与太阳黑子数R及地磁指数Ap之间的非线性统计关系,利用Fourier级数建立9个单站谱模型,并与国际参考电离层IRI进行了比较,精度有一定提高.

极区中层夏季回波反射特性随频率变化的研究

极区中层夏季回波(PMSE)是发生在夏季极区中层顶的一种异常强大的雷达回波。在极区中层顶区域存在大量的带电尘埃粒子,并出现明显的分层结构。采用分层介质波传播理论,分别分析频率在53.5 MHz,224 MHz,931 MHz情况的信噪比。结果表明,利用分层介质理论得到的信噪比在53.5 MHz得到的结果与实验结果非常类似,并且随频率的增加,雷达信噪比明显减弱,与实验统计结果一致,可见利用分层介质理论是解释PMSE产生机制的又一重要理论结果。

高频返回散射台风跟踪技术实验研究

高频返回散射海面回波Doppler谱中存在着两个明显的峰(称之为一阶Bragg峰),研究表明两个峰值的大小与海面风向有关,根据这种关系对反演海面风向以及台风位置作了研究,利用中国电波传播研究所高频返回散射探测站的固定频率探测数据进行实验,绘制出了2007年9月台风"韦帕"的风向场图与路径图,并与气象部门实际台风数据进行比较,较好地反映出了海面风向场、台风中心位置与台风经历的路线,表明高频返回散射探测系统可以应用于海洋气象监测中。

我国极区冬季电离层加热实验研究

通过对非相干散射雷达观测数据的处理分析,研究了2008年1月我国在挪威Troms(?)进行的冬季电离层加热实验效应.研究结果表明,电离层临界频率大于泵波频率的O波加热事件扰动效应明显,电子温度存在60%～120%的增强,扰动范围从150 km一直延伸到400 km,电子密度扰动不显著,最大可以观察到12%的密度衰减.受加热影响,离子声波频率有1～2 kHz的增加,离子线谱峰谷比增加,有时伴随有高阶谐振线出现.离子线和等离子线功率存在过冲现象,等离子线的功率剖面存在单峰、双峰和三峰结构,等离子线的功率增强幅度随频率负指数衰减.

汶川大地震前电离层参量的变化特征与分析

利用重庆,兰州,曲靖和拉萨的电离层测高仪数据和IGS全球TEC数据,分析2008年5月12日汶川大地震前电离层参量的变化特征,发现震前2～3天多个电离层参量均出现异常增强现象,且主要出现于震中以南区域.其中f_oF_1和f_oE于震前2天的正午在重庆出现最大约4.5%和9%的相对增加.f_oEs,h′F和h_mF_2出现多次异常增加,无明显规律性,h′F的异常增加主要出现在夜间.f_oF_2和TEC在震前2～3天的午后至日落时段出现显著的异常增强.TEC在南半球磁共轭区也出现异常增强,且随时间推移具有向磁赤道漂移的趋势.f_oF_2和TEC的震前异常现象很明显且具有独特规律性,作为地震电离层异常前兆参数是合适的.根据经验公式由电离层参量估算的可能与地震过程有关的F区异常电场的量级与Pulinets基于异常电场假说的理论模拟值一致.

高频天波返回散射回波谱实验研究

用中国电波传播研究所高频天波返回散射探测站进行的我国首次陆地 /海洋回波谱的实验研究 ,其中包括自行研制的实验设备 ,实验结果。介绍了获得海洋回波谱的信号处理方法 ,并由海洋回波Doppler谱计算了电离层状参数和风向、海流等海洋状态参数。

非相干散射雷达探测空间碎片实验研究

这是我国首次用欧洲非相干散射雷达探测空间碎片的实验。根据非相干散射探测原理和空间碎片高度分布的规律,采用匹配滤波方法处理了2010年3月25日15小时实验数据,每小时平均24个碎片,用统计方法分析了碎片高度分布。结果表明:大部分碎片分布在高度为800～1000km之间,与碎片高度分布理论一致,与中国科学院国家天文台空间碎片预测理论模型比对,比较2010年3月25日10点31分05秒目标信息,高度误差仅为0.97km,确认为碎片国际标识为1965-016F的美国报废业余通信卫星,证实了非相干散射雷达设备直接探测碎片的可行性。

基于IRI模型的垂测电离图自动判读算法

提出了一种基于IRI模型背景,模糊理论、约束外推、ARTIST算法相结合的垂测电离图自动判读算法。该算法可以实时、自动给出电离层分层信息及各层参数,对于常规电离图判读正确率接近百分之九十,对于异常电离图也可以给出较合理的判读结果。

电离层不均匀体对短波信号影响的实验研究

通过斜向探测设备获取的实验数据,分析Es传播模式和F2层低角模式反射高度处波状扰动情况下,电离层不均匀体对信号幅度、相位、瞬时多普勒频移及FFT频谱信号的影响。试验结果显示,Es层的不均匀体会造成反射信号幅度快速变化,信号相对相位出现扰动;穿过Es层的F2层模式信号没有Es层不均匀体信号的变化特性。小幅度波状变化的F2层反射信号幅度和瞬时多普勒频移有同样周期和同比幅度变化的周期振荡。FFT频谱分析显示,Es层不均匀体会造成信号频谱的扩展;而F2层波状扰动周期在积累时间内没有较大变化时,频域信号有多个离散的频谱,当扰动周期有明显变化时,频域信号是一个连续的扩展频谱。

电离层斜向传播模式的智能识别

采用数值统计与数字图像处理中形态学算子相结合的方法获得了高质量斜向探测电离图。结合观测描迹统计特性,利用改进的初始局部最大值和约束条件外推方法,实现了斜向探测电离层传播模式的智能识别,利用该方法可以自动提取常规电离图各传播模式对应的频率、群时延及信号能量等信息。

北极区低电离层加热效应的数值模拟研究

从等离子体能量守恒方程和连续性方程出发,以国际参考电离层(IR I2000)和大气模型(MSIS)为背景,通过数值方法模拟研究大功率无线电波对北极低电离层的电子密度和电子温度的扰动效应。结果表明,在外加强电磁场作用下,电离层等离子体中的带电粒子(主要是电子)动力学温度得以升高而产生等离子体温度扰动;由于电子温度升高,等离子体碰撞频率增加且电子的复合系数减小,诱发电子密度扰动;电子密度和电子温度的扰动幅度随着加热时间的推移而减小,即扰动趋于饱和;电子密度扰动的弛豫时间较电子温度扰动的弛豫时间大;在泵波频率大于电离层临界频率的条件下,泵波频率越高,其激发的电子温度和电子密度扰动效应也就越弱。

多项式建模解电离层相位污染阶数选择新方法

电离层相位污染使天波超视距雷达杂波频谱展宽,影响舰船等低速目标检测。针对这一问题,近年来发展了基于分段多项式相位建模和高阶模糊函数的(HAF)解电离层污染算法,如何合理地选取模型阶数是该算法的核心。给出了两种改进的自适应多项式建模阶数选择方法。并利用仿真方法进行了验证,结果表明:基于高阶模糊函数变换性质的频域和时域阶数选择方法的计算量较现有算法有较大提高,且频域法可在较低信噪比下准确判断多项式阶数。

极区冬季电离层加热实验研究(三)——低电离层分析

使用低电离层加热条件下,非麦克斯韦碰撞等离子体非相干散射的理论模型,我们对我国2008年1月进行的极区冬季电离层加热实验进行了分析.分析结果表明,本次实验在低电离层区域得到了显著的电子温度增强现象,最大增幅百分比达到了168.9%.基于上述理论模型,我们进一步反演了非麦克斯韦指数,并由其计算出了加热电场强度,这对电离层加热的精确数值仿真有着重要的意义.

PMSE人工电子加热和过冲实验的初步研究

极区中层夏季回波(PMSE)是发生在极区中层顶附近的一种异常强大的雷达回波,它具有明显的分层现象,加热有时能引起过冲现象.电波环境特性及模化技术国家重点实验室从2006年开始开展PMSE加热实验,通过三年的PMSE观测及加热实验,观察到PMSE回波强度具有明显的分层现象,并且层数之间变化迅速.另外本文也得到PMSE加热特征曲线OCC(Overshoot Characteristic Curves)图,回波功率随高度变化的剖面图、回波强度随时间的变化图,存在明显的过冲现象.本文开展的PMSE加热实验研究,为将来我国独立开展PMSE研究打下了一定的基础.

2009年7月22日日全食期间电离层参量的变化

利用多个电离层垂测站的数据和IGS-TEC数据资料,结合日地空间环境指数,分析了2009年7月22日日全食期间中国地区电离层参量(反射回波最低频率f_(min)及f_0f_2和TEC)的变化特征.结果表明,日食发生后f_(min)迅速降低,日食结束后f_(min)迅速恢复到正常水平;在食甚时刻附近,F_0f_2和TEC出现明显的降低,显示了明显的光食效应.日食结束后5～6 h,f_0f_2和TEC出现不同程度的正扰动,在驼峰区更明显;日食结束后9～10 h,f_0f_2和TEC出现较显著的负扰动.由于此次日食发生时伴随着中等强度的磁暴和低纬电场穿透等空间天气事件,给此次日食电离层效应的深入分析带来很大困难.

高频海洋回波谱电离层污染及实验研究

根据电离层对高频天波海洋回波Doppler谱影响的研究 ,结合高频天波返回散射探测站获得的海洋回波谱 ,对观测到的高频海洋回波谱Doppler频移、多Bragg峰及Doppler展宽等现象进行研究 ,阐明了电离层运动、电波传播模式、多径、电波相位路径的非线性变化与高频海洋回波谱之间的关系。

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.

电离层参数短期预报的综合模型

提出了一种电离层参数短期预报的综合模型，可综合使用几种预报方法进行预报，合理确定不同方法参与预报的权重，能够充分发挥各种预报方法的优势，确保达到最佳的预报性能。作为例子，以自相关方法、相似日方法和神经网络方法作为模型中的方法输入，利用中国9个电离层观测台站一个太阳活动周期（1977～1987年）的f0F2数据，对提前1～24h预报的精度进行了测试。结果表明：综合模型的预报精度高于任一单一模型，使用综合预报模型可以综合考虑各模型的优势，从而得到更好的预报效果。