電離層中小尺度擾動的快速探測與分析.pdf

1、電離層擾動的探測與診斷是空間物理學研究中十分重要的課題。不斷發(fā)展的探測手段和數(shù)據(jù)處理方法可提取到許多能較準確反映電離層擾動形態(tài)及變化特征的參量，其中反射回波的高頻多普勒頻移和電子濃度等值面法向運動速度是電離層擾動觀測研究的重要對象。本文圍繞這一方向開展工作，介紹了由中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所-中南民族大學合作研制的敏捷式高性能電離層無線電多頻探測系統(tǒng)樣機 PDI平臺，并且在該平臺上實現(xiàn)了中小尺度電離層擾動的快速探測研究和分析診斷。<

2、br>　　新研制的PDI平臺由收發(fā)天線、發(fā)射機、接收機和上位機數(shù)據(jù)接收與處理系統(tǒng)組成。其特點是：能便攜用于流動觀測和臨時布陣探測，探測速度快，頻高圖探測最小周期小于1分鐘，多普勒頻移分辨率可達0.039Hz，且抗干擾能力較強，頻高圖觀測效果好，參數(shù)可靈活設(shè)置并可開展電離層瞬態(tài)變化等多種探測模式和研究。在 PDI平臺上，提出了一種時間交錯掃頻探測模式，解決了在常規(guī)多普勒頻移測量中多普勒頻移的分辨率和探測時間之間的矛盾，可在保證獲取較高的多

3、普勒頻移分辨率的同時大大縮短探測周期，以實現(xiàn)擾動的快速探測。基于這種新的平臺和探測模式，我們在武漢觀測站實地進行了較長時間的觀測和數(shù)據(jù)采集，獲得了高精度多普勒頻移并反演出電子濃度等值面法向運動速度，得到了電離層反射尋常波的多普勒頻高圖和垂直擾動速度等信息，進而推演出電離層擾動隨時間和空間的實時變化特征。通過對這些時域信號進行小波分析和相關(guān)周期圖分析，提取出了較為準確的擾動尺度，并對各個時間段擾動的激勵源進行分析和診斷，初步結(jié)果顯示這些擾

4、動主要是由極區(qū)活動激發(fā)的我國中部地區(qū)冬季出現(xiàn)率較高的中尺度TID。文中還對等效鏡反射、忽略地磁場影響以及考慮地磁場影響時的三種電離層擾動分析方法進行了對比研究，發(fā)現(xiàn)考慮地磁場影響時的反演精度最高，且三種反演方法結(jié)果顯示電離層擾動的變化趨勢總體上是一致的，說明觀測數(shù)據(jù)和研究方法可靠穩(wěn)定。最后，本文討論了非單一電離層擾動場的數(shù)學模型和參數(shù)提取方法，并反演出擾動參數(shù)隨時間和真高變化的二維剖面，為下一步大尺度電離層擾動傳播特性與大氣子午風場的觀