P—f图反演电离层参数和散射源距离的一种方法

高频返回散射探测一般可得最小时延与频率关系的P-f电离图。而使用高增益大型天线阵列的高频天波雷达系统可以获得高分辨率的返回散射P-f图,它能显示离散散射源（独立的海岛、城市、山峰）的斜投射回波描迹,如图1a所示;对一般返回散射仪与同步应答机联测所得P-f图有同样的描迹,如图2所示。高频返回散射电离图反演问题至     

电离层赤道异常对返回散射电离图的影响

本文给出了太阳黑子高年冬季跨电离层赤道异常区传播试验的高频返回散射电离图.经过分类研究,指出了有一类双回波区组合型P ′（f）返回散射电离图是一种新的形态.通过射线追踪合成技术分析,表明了这类型实验返回散射电离图是沿探测路径存在双峰电子浓度分布的反映,时序电离图的变化特征显示了赤道异常区的电子浓度变化规律,因而证明了高频返回散射技术在研究赤道异常区电离层峰运动的可能性及其潜力.     

电离层赤道异常对返回散射电离图的影响

本文给出了太阳黑子高年冬季跨电离层赤道异常区传播试验的高频返回散射电离图.经过分类研究,指出了有一类双回波区组合型P ′（f）返回散射电离图是一种新的形态.通过射线追踪合成技术分析,表明了这类型实验返回散射电离图是沿探测路径存在双峰电子浓度分布的反映,时序电离图的变化特征显示了赤道异常区的电子浓度变化规律,因而证明了高频返回散射技术在研究赤道异常区电离层峰运动的可能性及其潜力.     

高频返回散射扫频电离图的反演

斜向返回探测可以对遥远地区的电离层进行连续监测,是探测电离层的主要手段之一,一般得到返回功率、群路径或时延与频率之间的关系,称为高频返回散射电离图.由于电离图包含了探测路径上电离层状态信息,可以通过对其反演获得电离层结构参数.本文提出了一种新的反演算法,使用模拟退火方法对返回散射扫频电离图前沿进行了反演,并用实际探测数据进行了验证及统计,最后给出二维电子密度剖面图.结果显示,62.97%的反演结果与垂测结果吻合情况良好.该方法很好地克服了传统反演算法的不稳定性,且计算速度快,能获得准确的反演结果,表明了该算法在实时处理实际探测的返回散射扫频电离图中的应用价值.     

利用射线追踪研究电离层扰动

基于返回散射探测的电离层扰动电离图,本文建立了一个新的对称的准余弦电离层扰动数学模型.基于这种模型,利用HF射线追踪技术合成了HF电离层返回散射电离图,并利用迭代的技术拟合了高频返回散射设备探测的电离层扰动电离图的Pmin-f曲线(Pmin为最小时延,f为工作频率),从而推断了沿探测路径电离层扰动区域的位置及大小,扰动的临界频率波动的幅度.最后基于这种电离层扰动模型,利用射线追踪技术描述了不同电离层扰动参数下的电波传播情况,研究了其天波传播的跳距、覆盖区域的大小及射线“俘获”等.     

返回散射电离图噪声和干扰的自动消除方法

利用中国电波传播研究所研制的返回散射探测系统,发展了一套完整的返回散射电离图自动判读算法.算法分为两大部分,第一部分是原始电离图噪声和干扰的自动去除技术,第二部分是电离图信息的自动提取技术.其中第二部分的实施是在第一部分的基础之上,因此前面的处理效果对后面信息的获取具有关键作用.本文主要介绍算法的第一部分,利用返回散射...     

利用高频返回散射技术探测远地核爆炸电离层效应

本文叙述利用高频返回散射技术探测我国1976年的一次低空大当量核爆炸电离层效应的结果。返回散射探测设备设于离爆炸点2205km的新乡。本文得到了核爆炸产生的附加电离区和电离层扰动的参数。这些结果与爆炸区附近其他手段观测的结果相符。     

利用高频返回散射技术探测远地核爆炸电离层效应

本文叙述利用高频返回散射技术探测我国1976年的一次低空大当量核爆炸电离层效应的结果。返回散射探测设备设于离爆炸点2205km的新乡。本文得到了核爆炸产生的附加电离区和电离层扰动的参数。这些结果与爆炸区附近其他手段观测的结果相符。     

利用高频天波返回散射反演电离层水平不均匀结构

高频天波返回散射探测作为重要的电离层探测手段,能够实现遥远区域电离层空间上的连续监测,探测获取的返回散射扫频电离图显示了探测频率-群路径-回波能量三者之间的关系.由于电离图包含了探测路径上的电离层状态信息,通过对其反演可以实时获取大面积范围的电离层参数.本文提出了一种基于解空间约束的返回散射前沿反演算法,能够重构电离层水平不均匀结构.针对反演非线性问题,采用Newton-Kontorovich方法进行求解,同时又引入了求解不适定问题的Tikhonov正则化方法,有益于解的稳定性和唯一性.利用模拟数据和实测数据分别对本文建立的算法进行了验证,并与Fridman和Fridman于1994年提出的反演方法进行了对比.结果表明,本文算法反演结果稳定,对返回散射前沿判读误差不敏感,与Fridman和Fridman 1994年方法相比,本文方法对电离层局部精细结构反演更加准确,具有较高的反演精度.本文提出的算法不但能够反演白天和夜间这种电离层较平稳时期的电离层状态,而且对于日出/日落时段等电子浓度分布变化较快情形下的电离层,也有很好的反演效果,表明了该算法在处理复杂多变的实际探测的返回散射电离图中的应用价值.     

F_1层未充分发展时的电离层剖面反演

垂测电离图反演对研究电离层结构及运动、电离层波传播、空间气象应用等具有重要意义,一直以来受到十分广泛的重视.F_1层未充分发展的回波描迹是垂测电离图中观测到的最多的一种情况,此时垂测描迹上表现为F_1层到F_2层的平滑过渡,而不是F_1层充分发展时出现的尖点,然而现有电离层模型以及反演算法更多的是针对F_1层充分发展情况,即模型剖面在F_1层峰高处近似为抛物形状,此处电子浓度剖面梯度为无穷大,这不符合F_1层未充分发展时的剖面形态,即F_1层剖面未到达抛物顶点处就已经达到该层电子浓度的最大值然后到达F_2层,剖面梯度为一个有限的数值.因此,本文针对垂直探测中经常出现的F_1层未充分发展情况,引入F_1层模型设定临频这一参数,建立了F_1层未充分发展时的基于移位切比雪夫多项式的电离层模型,并从电离层剖面的光滑性考虑,在所建模型的基础上,提出了约束优化F_1层参数、F_2层参数的垂测电离图反演方法.然后,通过仿真分析,从理论上验证了所建电离层模型和反演算法的合理性,并通过反演电子浓度剖面合成的垂测、斜测描迹与实测数据的对比,对反演算法的有效性进行了进一步的试验验证.     

从雷电脉冲谱推算出低电离层等效结构

从低电离层—地面波导中电波传播的波导模理论出发,分析了雷电产生的电磁脉冲（LEP）谱随距离变化与低电离层结构之间关系。利用LEP谱中干扰最小值时的频率与指数电离层模式参量的关系得出低电离层等效模拟参量。从我们观测出的LEP数据得出指数电离层等效参量是:在白天β=0.3km-1,hi=70km;在夜间β=0.5km-1,hi=88km。并指出使用这种方法可以观测出低电离层在时间上和地理位置上的变化。     

从雷电脉冲谱推算出低电离层等效结构

从低电离层-地面波导中电波传播的波导模理论出发,分析了雷电产生的电磁脉冲（LEP）谱随距离变化与低电离层结构之间关系。利用LEP谱中干扰最小值时的频率与指数电离层模式参量的关系得出低电离层等效模拟参量。从我们观测出的LEP数据得出指数电离层等效参量是:在白天β=0.3km^-1,h_i=70km;在夜间β=0.5km^-1,h_i=88km。并指出使用这种方法可以观测出低电离层在时间上和地理位置上的变化。     

地球磁层顶磁场重联的动力学过程

用三维可压缩MHD数值模拟研究了在磁场重联过程中电子压力梯度项的效应研究结果发现在较高等离子体β,较小离子惯性尺度条件下,广义欧姆定理中压力梯度项在重联过程的作用不可忽略.在磁重联过程中,压力梯度项虽然没有明显改变磁场拓扑结构和重联速度,但它使电子和离子速度明显增大.由于在离子惯性尺度下,离子和电子运动解耦,电子是电流的主要载流子,所以场向电流也增大,并导致核心磁场明显增大.考虑到场向电流是磁层电离层耦合的一个重要因素,所以电子压力梯度项的引入加强了行星际磁场南向期间磁层电离层的耦合.电子压力梯度项还在重联区激发了波动,该波动可向重联区外传播.     

地球磁层顶磁场重联的动力学过程

用三维可压缩MHD数值模拟研究了在磁场重联过程中电子压力梯度项的效应研究结果发现在较高等离子体β,较小离子惯性尺度条件下,广义欧姆定理中压力梯度项在重联过程的作用不可忽略.在磁重联过程中,压力梯度项虽然没有明显改变磁场拓扑结构和重联速度,但它使电子和离子速度明显增大.由于在离子惯性尺度下,离子和电子运动解耦,电子是电流的主要载流子,所以场向电流也增大,并导致核心磁场明显增大.考虑到场向电流是磁层电离层耦合的一个重要因素,所以电子压力梯度项的引入加强了行星际磁场南向期间磁层电离层的耦合.电子压力梯度项还在重联区激发了波动,该波动可向重联区外传播.     

亚暴期间磁层和电离层相互耦合的计算

本文假设亚暴时跨尾电流被等离子体团中断,转向成沿磁力线流动的1区场向电流。根据文献[1]的模拟结果,算出场向电流在电离层中的分布。并以此场向电流为输入,计算电离层电势和电流。结果表明,场向电流强度可达1.5×10⁶ A以上,与观测结果一致;它主要分布于70°N以北的区域。电离层电流主要以夜间西向电射流形式出现,主要成份是Hall电流;极区电位降最大可达190kV。本文还简要讨论了等离子体团的晨-昏向尺度对场向电流分布和电离层电导率对电离层电流的影响。     

亚暴期间磁层和电离层相互耦合的计算

本文假设亚暴时跨尾电流被等离子体团中断,转向成沿磁力线流动的1区场向电流。根据文献[1]的模拟结果,算出场向电流在电离层中的分布。并以此场向电流为输入,计算电离层电势和电流。结果表明,场向电流强度可达1.5×106 A以上,与观测结果一致;它主要分布于70°N以北的区域。电离层电流主要以夜间西向电射流形式出现,主要成份是Hall电流;极区电位降最大可达190kV。本文还简要讨论了等离子体团的晨-昏向尺度对场向电流分布和电离层电导率对电离层电流的影响。     

一九八○年二月十六日日全食电离层电子总含量的观测

本文介绍了1980年2月16日日全食时,在云南鹤庆县（100°12′E,26°35′N）,测量日本ETS-Ⅱ同步卫星136MHz信标法拉弟旋转所得到的一些主要观测结果:（1）电子总含量的日变曲线中出现提前日落现象;（2）F区峰下电离对法拉弟旋转的贡献在日食期间相对变小;（3）没有出现与日食明显有关的声重波扰动。     

一九八○年二月十六日日全食电离层电子总含量的观测

本文介绍了1980年2月16日日全食时,在云南鹤庆县（100°12′E,26°35′N）,测量日本ETS-Ⅱ同步卫星136MHz信标法拉弟旋转所得到的一些主要观测结果:（1）电子总含量的日变曲线中出现提前日落现象;（2）F区峰下电离对法拉弟旋转的贡献在日食期间相对变小;（3）没有出现与日食明显有关的声重波扰动。     

电离层的直接探測研究

本文叙述了利用地球物理火箭和人造地球卫星研究电离层和无綫电波传播的各种实驗方法,对各方法之間的关系及其所能解决的問题作了說明,并綜述了在这方面已經得到的重要研究成果。最后扼要地指出了今后研究的主要趋向。