電離層中小尺度擾動(dòng)的快速探測(cè)與分析.pdf

1、電離層擾動(dòng)的探測(cè)與診斷是空間物理學(xué)研究中十分重要的課題。不斷發(fā)展的探測(cè)手段和數(shù)據(jù)處理方法可提取到許多能較準(zhǔn)確反映電離層擾動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度是電離層擾動(dòng)觀測(cè)研究的重要對(duì)象。本文圍繞這一方向開(kāi)展工作，介紹了由中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所-中南民族大學(xué)合作研制的敏捷式高性能電離層無(wú)線電多頻探測(cè)系統(tǒng)樣機(jī) PDI平臺(tái)，并且在該平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了中小尺度電離層擾動(dòng)的快速探測(cè)研究和分析診斷。<

2、br>　　新研制的PDI平臺(tái)由收發(fā)天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和上位機(jī)數(shù)據(jù)接收與處理系統(tǒng)組成。其特點(diǎn)是：能便攜用于流動(dòng)觀測(cè)和臨時(shí)布陣探測(cè)，探測(cè)速度快，頻高圖探測(cè)最小周期小于1分鐘，多普勒頻移分辨率可達(dá)0.039Hz，且抗干擾能力較強(qiáng)，頻高圖觀測(cè)效果好，參數(shù)可靈活設(shè)置并可開(kāi)展電離層瞬態(tài)變化等多種探測(cè)模式和研究。在 PDI平臺(tái)上，提出了一種時(shí)間交錯(cuò)掃頻探測(cè)模式，解決了在常規(guī)多普勒頻移測(cè)量中多普勒頻移的分辨率和探測(cè)時(shí)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(shí)大大縮短探測(cè)周期，以實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)的快速探測(cè)?；谶@種新的平臺(tái)和探測(cè)模式，我們?cè)谖錆h觀測(cè)站實(shí)地進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)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(yùn)動(dòng)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(dòng)速度等信息，進(jìn)而推演出電離層擾動(dòng)隨時(shí)間和空間的實(shí)時(shí)變化特征。通過(guò)對(duì)這些時(shí)域信號(hào)進(jìn)行小波分析和相關(guān)周期圖分析，提取出了較為準(zhǔn)確的擾動(dòng)尺度，并對(duì)各個(gè)時(shí)間段擾動(dòng)的激勵(lì)源進(jìn)行分析和診斷，初步結(jié)果顯示這些擾

4、動(dòng)主要是由極區(qū)活動(dòng)激發(fā)的我國(guó)中部地區(qū)冬季出現(xiàn)率較高的中尺度TID。文中還對(duì)等效鏡反射、忽略地磁場(chǎng)影響以及考慮地磁場(chǎng)影響時(shí)的三種電離層擾動(dòng)分析方法進(jìn)行了對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)考慮地磁場(chǎng)影響時(shí)的反演精度最高，且三種反演方法結(jié)果顯示電離層擾動(dòng)的變化趨勢(shì)總體上是一致的，說(shuō)明觀測(cè)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(dòng)場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)提取方法，并反演出擾動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間和真高變化的二維剖面，為下一步大尺度電離層擾動(dòng)傳播特性與大氣子午風(fēng)場(chǎng)的觀