电离层不规则体探测技术研究
  • 【摘要】

    当雷达照射电离层中的不规则体时,不同强度和不同相位的回波相互叠加,在地面形成衍射图,由于衍射图和不规则体是同步运动的,可以运用空分天线方法(SA)通过地面分布的多组天线探测衍射图的漂移速率和方向,进而得到不规则体水平漂移速率和方向.SA技术开始是用来测量电离层中不规则体的漂移,后来也被用于中性大气层的测量,其中,电离层不规则体包括自然产生以及人为因素导致两种,由于人工扰动电离层技术已经日益得到广泛... 展开>>当雷达照射电离层中的不规则体时,不同强度和不同相位的回波相互叠加,在地面形成衍射图,由于衍射图和不规则体是同步运动的,可以运用空分天线方法(SA)通过地面分布的多组天线探测衍射图的漂移速率和方向,进而得到不规则体水平漂移速率和方向.SA技术开始是用来测量电离层中不规则体的漂移,后来也被用于中性大气层的测量,其中,电离层不规则体包括自然产生以及人为因素导致两种,由于人工扰动电离层技术已经日益得到广泛的应用,使得运用SA技术测量人工扰动电离层产生的场向不规则体漂移速度成为可能. 本文内容主要涉及研究电离层中的自然不规则结构以及人工扰动产生的不规则结构特性、详细介绍运用于电离层中不规则体速度探测的多种技术以及最后基于多种算法对实验数据进行有关分析.主要完成了如下几个方面的工作: (一)依据本文使用的探测电离层中不规则体速度的三种算法理念,设计2010年12月30日海南实验方案,其中包括实验原理分析,实验目的介绍,实验可行性分析(包括实验设备介绍,天线布局分析,并根据已有实验条件确立实验参数等方面). (二)采用空分天线模式(SA技术)测量电离层中人工场向不规则体的漂移速度,并运用该模式下的三种算法全相关分析(FCA算法)、空间相关分析(SCA算法)、干涉方法(SI算法)对数据进行分析.2010年12月30日海南实验数据表明,在群距离约625千米的一大片范围内探测得到的回波,是由人工扰动产生的场向不规则体对诊断电波散射所形成的.散射信号在扰动电离层时出现,不扰动时消失,随着扰动周期变化.分析在每个扰动周期时段内每一分钟的回波信息,选取回波信号最大值处的距离门位置,提取该处的回波,对其进行相关性分析或者功率谱分析,最后求得不规则体的水平漂移速率和方向. (三)对每种算法求得的不规则体的漂移速率和方向分别进行详细分析,结果表明不规则体的漂移方向大致分布在东南方向,并且纬向漂移速度大小为20m/s左右,以东向为主,短时出现了西向漂移.经向漂移速度以南向为主,大小在20m/s左右.因为电离层中的不规则体一般被认为是与背景等离子体一起运动的,而大量资料又表明,在低纬电离层中,等离子体纬向漂移在白天速度较小且变化很不规则,在正负间摆动,大小通常在50m/s以下.夜间速度变大,可以达到150~200m/s,以东向为主.经向漂移在白天通常以南向为主,大小为50m/s左右,夜间漂移变小,在正负之间摆动,大小比纬向漂移弱.并且,海南地区等离子体的漂移运动在春秋季以及日出、日落时最明显,冬季最弱.本文的实验时间正是在冬季白天,所以求得人工场向不规则体水平漂移速度偏小. (四)对三种算法求得的不规则体漂移速度进行对比分析,结果表明,由于FCA算法对时间-空间相关函数的基本形式进行假设(假设其沿 、 、 呈同心椭球簇分布),而SCA算法只对时间-空间相关函数的形式进行部分假设(假设其在 平面内呈同心椭圆簇分布),使得SCA算法探测不规则体漂移速度的精度相对FCA算法高,而对天线阵要求相对FCA算法要高.同时FCA算法会受到三角尺寸效应的影响,而SCA算法则不受其影响,这同样使得SCA算法相对FCA算法探测精度更高.另外,由于SI算法多普勒相位谱的拟合比FCA相关函数的拟合要难,造成的误差也更大,导致估计的准确度比FCA、SCA方法要差. 收起<<

  • 【作者】

    郭雅君 

  • 【学科专业】

    物理电子学

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    武汉大学

  • 【导师姓名】

    赵正予

  • 【学位年度】

    2011

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    空分天线技术%全相关分析算法%空间相关分析算法%干涉算法