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.     

基于CFAR的三亚非相干散射雷达数据预处理研究

三亚非相干散射雷达是一部位于低纬度地区的先进的相控阵雷达系统,其主要任务是对地球电离层进行观测研究.在其探测区域内有许多航天器及碎片飞越,这些硬目标的存在导致回波信号比电离层非相干散射信号强度高出几个量级,进而影响电离层参量反演.为了有效消除原始数据中的硬目标信号,本文采用CFAR (constant false alarm rate)的方法来检测和消除硬目标.由于电离层背景不稳定,我们提出了基于传统OS-CFAR的自适应VI-OS-CFAR算法.在本文中,我们将新算法与传统的四种算法进行比较并将其应用于三亚雷达观测的数据处理中,结果证明了我们方法的有效性,该方法有望应用于三亚非相干散射雷达实际信号处理中.

     

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.     

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.     

离子分布函数的20矩近似在非相干散射谱中的应用

根据Grad理论,以麦克斯韦分布函数为基,将离子分布函数展成20矩近似的形式,讨论了黏滞张量项与热流项对离子分布函数的影响.在电场比较弱的情况下,沿着E×B和E的方向上,热流矢量项和黏滞张量项是可以分别忽略掉的.离子温度的各向异性特征和分布函数的不对称性是由黏滞项和热流项引起的.利用Sheffield理论计算得到了非相干散射谱,并对13矩近似和20矩近似得到的非相干散射谱进行了对比.在电场比较弱的情况下,这两种近似基本一致,而当电场增强时,热流张量项的贡献变得很明显,温度各向异性的特征加剧.此时与13矩近似相比较,20矩近似能够更加准确地描述以温度各向异性为特性的非麦克斯韦分布等离子体.     

基于三亚非相干散射雷达的月球正面南北半球拼接成像研究

当使用地基雷达并应用距离多普勒算法对月球正面进行成像时,不可避免会遇到"南北模糊"问题.这是由于距离多普勒成像算法对旋转的天体进行成像时,位于视赤道共轭的两点的回波在距离多普勒图像中是重叠在一起无法分辨的.针对该问题并基于三亚非相干散射雷达我们提出了一种解决方案,即月球正面南北半球拼接成像技术.该技术通过将波束指向调整...     

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100 km到1000 km高度范围的电离层总电子含量.GPS提供的TEC数据为高度达20200 km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GPS TEC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4~14 TECU (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3~7 TECU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.     

基于Millstone Hill非相干散射雷达观测的电离层电子浓度剖面的经验正交函数分析

本文利用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,简称EOF）方法分析了Millstone Hill非相干散射雷达（Incoherent Scatter Radar,简称ISR）近三个太阳黑子周期（1976年2月～2006年4月）的实测电离层160～700 km的电子浓度剖面资料,并分别用Chapman-α函数拟合了平均电子浓度剖面和带有均值的前三阶EOF级数．结果表明：电子浓度剖面的EOF级数的第一阶项主要控制F2层峰值浓度NmF2,第二阶项同时控制F2层的峰高hmF2和等效标高Hm,第三阶项主要控制等效标高Hm．进一步分析了对应的EOF系数的周日变化、季节变化和太阳活动周期变化,这些变化反映了NmF2,hmF2,Hm的气候学变化规律,例如电离层的冬季异常、半年异常等．EOF方法在级数展开方面收敛速度快,很少数低阶项即能反映电子浓度剖面的主要变化,因此可用于提取出电子浓度剖面的主要分布特征及其周日变化与气候学变化特性,并可用于进一步构建相应的经验模式．     

极光沉降粒子能量与AE、Dst指数的相关分析

对NOAA的POES系列极轨卫星观测得到的1978年以来近30年的极光沉降粒子半球能量的估算值EPI(Estimated Power Input)数据进行了分析,结果表明,极光沉降粒子有显著的春秋分峰值的年变化特征,并且有冬季半球沉降能量较大的南北半球不对称性.对EPI的时均值Pa与地磁指数AE、Dst的相关分析得到,Pa与AE的相关系数为0.76,Pa与Dst的相关系数为-0.55.把南北半球的时均值SPa,NPa数据分别与AE,Dst指数做相关,发现SPa与AE的相关性稍高于NPa的,SPa和NPa与Dst的相关性近似.当时延τ=0时,AE与Pa的相关最好,表明全球极光沉降粒子和极光电集流的变化同步;当Dst滞后于Pa,时延τ=1~2 h,Pa与Dst的相关最好,并且时延τ为6～8 h,Pa与Dst的相关都好于无时延的水平.     

极光沉降粒子能量与AE、Dst指数的相关分析

对NOAA的POES系列极轨卫星观测得到的1978年以来近30年的极光沉降粒子半球能量的估算值EPI(Estimated Power Input)数据进行了分析,结果表明,极光沉降粒子有显著的春秋分峰值的年变化特征,并且有冬季半球沉降能量较大的南北半球不对称性.对EPI的时均值Pa与地磁指数AE、D_st的相关分析得到,Pa与AE的相关系数为0.76,Pa与D_st的相关系数为-0.55.把南北半球的时均值SPa,NPa数据分别与AE,D_st指数做相关,发现SPa与AE的相关性稍高于NPa的,SPa和NPa与D_st的相关性近似.当时延τ=0时,AE与Pa的相关最好,表明全球极光沉降粒子和极光电集流的变化同步;当D_st滞后于Pa,时延τ=1~2 h,Pa与D_st的相关最好,并且时延τ为6～8 h,Pa与D_st的相关都好于无时延的水平.     

基于正则化方法的高频地波雷达海浪方向谱反演

提出了一种从高频地波雷达海面回波谱中提取海浪方向谱的新方法:基于高频电波海洋探测基本原理将线性化后的非线性积分方程离散为矩阵方程组,通过引入正则化数学模型将不适定方程转化为正规方程,然后采用奇异值分解法求解.对于正则化方法中正则化参数,采用L曲线法来确定.为了验证本文算法的有效性,分别在单部雷达和双部雷达探测下进行了不同噪声水平下的数值模拟,结果表明了该正则化反演方法的有效性.文中还给出了实测数据分析初步结果.该算法的工程性应用还需进一步研究.对于实际的地波雷达海浪反演具有良好的应用前景.