中国地区高精度电离层行扰监测台网设计

系统地介绍了一个中国地区高精度电离层行扰监测台网，它由满洲里、长春、乌鲁木齐、拉萨、兰州、重庆、新乡、青岛、苏州、喀什、广州、海口和昆明13个观测站组成，成为全国性的电离层扰动特性监测网.该电离层行扰监测台网可用于实时连续监测电离层扰动及其传播，可监测太阳耀斑、磁暴、台风和电离层日变化等使高频无线电信号产生的多普勒频移，对研究电离层中能量传播和耗散等动力学过程有着重要意义.通过接收国家授时中心发射的5 MHz、10 MHz、15 MHz标准授时信号，采用数字信号处理和滤波后，将三路零中频正交I、Q数据传输到计算机，由计算机进行傅里叶变换得到频域数据并实时显示这三路多普勒频移信息，另外还可以监听授时音频信号.观测结果反映了太阳耀斑、日出效应、Es等引起的电离层扰动响应及其对高频(high frequency，HF)传播的影响，可用于电离层扰动的长期监测.     

电离层垂直探测中扰动观测模式研究

电离层高频反射回波的多普勒频移观测是研究电离层扰动的一个重要方法.利用电离层垂直探测中的组合脉冲控制和回波相位测量分析方法,开发并实现了一种电离层扰动观测模式.实验观测表明,新开发的观测模式在电离层高频反射回波为窄带信号的情况下,可实时获得高精度多普勒频高图,并给出电离层扰动速度的时空变化曲线,能够满足电离层扰动观测研究的需要.     

基于射线追踪的TID期间电离层高阶效应及多普勒效应仿真

电离层行进式扰动(traveling ionospheric disturbance, TID)是一种常见的电离层扰动形式,对电磁波（如卫星导航）信号的传播过程有着重要影响. 为研究TID对卫星导航信号传播效应,本文基于三维射线追踪方法对导航信号在空间电离层磁等离子体的传播进行仿真,重点研究TID情况下电离层二阶效应和多普勒效应. 首先,通过在NeQuick电离层模型上添加电离层扰动建立TID仿真生成模型,该模型能够模拟多种尺度的TID结构;其次,基于我国南北方两个虚拟站点,仿真模拟得到导航信号在TID发生时的传播特性;然后,计算得到不同仰角和方位角时卫星导航信号的电离层二阶效应和多普勒效应等参数;最后,分析TID参数对电离层二阶效应和多普勒效应的影响. 仿真结果表明,在本文仿真参数下电离层二阶和多普勒效应在低射线仰角情况下更明显,TID多普勒效应和TID周期相关性明显.     

电离层斜向传播异常信号特性的研究

在对固定电路电离层斜向传播特性的长期连续观测过程中,发现了大量异常斜测电离图.通过对电离层行波扰动情况下电波传播路径的仿真计算,分析了它对电离层斜向传播信号的影响,并利用斜向探测数据,讨论分析了确定行波扰动基本参数的方法.     

电离层不同传播模式信号多普勒频移的实验研究

介绍了试验采用的设备和工作参数.依据试验数据,统计分析了电离层不同传播模式信号的多普勒频移、射线距离、信号强度、能量频谱的距离展宽和频率展宽,给出了不同传播模式信号多普勒频移、射线距离和信号强度间的比较结果.最后通过分析电离层不同传播模式信号多普勒频移与射线距离间的变化关系,得到了对不同传播模式多普勒频移变化规律的一些新的认识.     

电离层行进式扰动对外辐射源天地波雷达系统的影响

电离层扰动导致外辐射源天地波雷达的回波信号存在多普勒频移、多普勒展宽及衰落等效应.以电离层准抛物线模型为背景,利用电离层行进式扰动(Travelling Ionospheric Disturbance,TID)模型和数值射线追踪技术,定量研究了TID对PD变换的影响;结合外辐射源雷达信号处理的关键技术,着重分析了TID对该雷达系统性能的影响.仿真结果对外辐射源天地波雷达的系统设计与实际应用具有指导意义.     

电离层回波信号的瞬时频率估计

在电离层的探测与研究中,瞬时多普勒频率可以很好地表明多普勒效应随时间的变化情况,从而反映电离层的变化规律.文中采用相位差分和相位建模两种瞬时频率估计方法,对实际电离层斜向返回探测系统的回波信号进行了仿真,并做出了比较分析,结果显示相位建模方法更能准确反映电离层的变化规律.     

电离层不均匀体对短波信号影响的实验研究

通过斜向探测设备获取的实验数据,分析Es传播模式和F2层低角模式反射高度处波状扰动情况下,电离层不均匀体对信号幅度、相位、瞬时多普勒频移及FFT频谱信号的影响.试验结果显示,Es层的不均匀体会造成反射信号幅度快速变化,信号相对相位出现扰动;穿过Es层的F2层模式信号没有Es层不均匀体信号的变化特性.小幅度波状变化的F2层反射信号幅度和瞬时多普勒频移有同样周期和同比幅度变化的周期振荡.FFT频谱分析显示,Es层不均匀体会造成信号频谱的扩展;而F2层波状扰动周期在积累时间内没有较大变化时,频域信号有多个离散的频谱,当扰动周期有明显变化时,频域信号是一个连续的扩展频谱.     

电离层的探测与骚扰预报

电离层是指位于地面60km至1000km处的被电离了的大气层。电离层对电波传播的影响与人类活动密切相关,通过对电离层的探测可获取电离层物理特性参量随日、季节、年、太阳活动、地理环境等变化的分布、变化规律。本文主要讲述了电离层探测的方法、太阳活动对电离层的影响、电离层扰动对人类的影响、对电离层进行常规监测及骚扰预报的重要性以及电离层扰动与地震的关系。     

利用高频返回散射技术探测电离层行波扰动

 电离层行波扰动(TIDs,Traveling Ionospheric Disturbances)是电离层一种周期性的电子浓度波动结构,它与上层大气内的声重力波运动有关.在前人的工作基础上,提出了利用高频返回散射技术判别TIDs的方法,建立了TIDs特征参数的理论研究方法.并通过分析多方位返回散射试验数据,研究定频返回散射回波信号群距离和跳距随时间、方位角的变化特征,提取了TIDs的运动周期、运动方向、波长等特征参数信息,从而实现对宽空间、大区域电离层波动特性的研究.     

高频多普勒频移和到达角实时探测与分析

测量电离层反射回波的高频多普勒频移和到达角等参数来观测和研究电离层的变化及运动,是一种经济有效的手段。新近研制的一套高频多普勒与到达角探测分析系统,由微型计算机、数据采集器、具有高稳定度频率源的HF程控接收机以及天线阵等构成。这套系统的特点为接收频率、采样参数及工作方式等均可由计算机控制,并能实时地进行数据分析,获得电离层反射回波高频多普勒频移和到达角,对空间环境进行实时监测。同时,该系统兼有存储原始数据的功能,可根据需要进行脱机分析,满足对电离层开展观测研究的不同要求。     

应用武汉电离层斜向返回探测系统测量回波相位

电离层作为时空随机变化介质,除了规则变化外还存在着不规则结构和随机变化,即电离层不稳定性,其直接影响是经过电离层传播的电波产生相位随机起伏.利用垂测仪和信标接收机测量精确相位数据的各种方法已被广泛应用,而应用具有大范围电离层探测能力的高频天波超视距雷达测量回波相位的方法还没有文献提出.文中提出了一种从相位编码脉冲压缩体制电离层探测雷达测量的电离层信道双时响应中提取相位数据的理论.此理论被成功地应用于自行研制的武汉电离层斜向返回探测系统中,探测获得了有效的回波相位数据.     

高频地波雷达电离层杂波统计特性研究

高频地波雷达是一种理想的早期预警雷达,但是其检测性能受到电离层杂波的严重影响。从理论上分析了电离层对雷达信号的反射及多普勒展宽特性,利用实测数据对电离层杂波幅度的统计特性进行了研究,同时研究了电离层杂波的时间相关性和距离相关性,并从电离层的结构特性对其时间、距离相关性进行了分析,为抑制电离层杂波、优化高频地波雷达设计和改善低速目标检测方法提供了依据。     

电离层电急流的人工调制

由基本的磁离子理论出发,构造了大功率电波调制电离层电急流的自洽理论模型.利用此模型,计算了电离层D/E区高度上电子温度随加热时间的变化,以及不同高度上的加热时间和冷却时间.基于方波脉冲的入射方式,详细地研究了加热区电离层电导率和赤道电急流的振荡过程.计算结果表明,地面入射的大功率电波能有效地调制电离层中存在的大尺度直流电流,而且该调制电流可以作为ELF/VLF电波的辐射源.最后简单地分析了在未来实际工程应用中所需要解决的问题.     

电磁波在任意磁偏角等离子体中的传播

本文将电流密度卷积时域有限差分（Current Density Convolution Finite Difference Time Domain,JEC-FDTD）方法扩展到求解任意磁偏角电磁波在磁化等离子体中的传播和共振吸收问题.首先,验证数值算法正确性,分析了法拉第旋转角效应,以及任意磁偏角电磁波在等离子体中的传播特性.然后,求解电磁波在磁化等离子体中的等离子体朗缪尔共振、电子回旋共振、高频混杂共振吸收特性.结合在电离层加热中的应用,重点分析了等离子体高频混杂共振吸收特性,得到了高频混杂共振激发的频率匹配条件.数值结果表明,高频混杂共振吸收是电离层加热的有效方式,对于解释电离层加热机制具有重要意义.     

高频电波加热电离层对波传播影响的研究

地基大功率高频电波加热电离层不仅会导致被加热区域等离子体参数的显著变化,同时会产生诸多空间效应,对通过被加热区域的电磁波产生影响.基于欧姆加热机制建立加热物理模型,研究高频电波加热电离层对波传播的作用,主要讨论在不同加热条件下,高频电波加热电离层对波相偏移的影响,通过数值模拟分析给出其定量关系,并利用EISCAT-TROMSO加热实验结果对数值模拟结果进行了验证比较.结果表明,诊断波的相位偏移和多普勒频移变化与加热条件、电离层变态状况存在关联.     

对电离层慢相径调制干扰去除算法的优化

本文就已提出的一种电离层慢相径调制干扰抑制改进算法进行优化.在理论分析慢相径调制干扰的基础上,对算法进行了两方面优化:两个一阶Bragg峰得到的电离层扰动信息的动态加权;采用迭代处理方式.仿真处理验证了理论分析结果,又表明:该算法可以仅通过单批积累周期数据来实现多普勒谱质量改善,这对于提高机动目标发现概率是大有裨益的.     

基于DRM信号的短波探通一体化技术

短波通信一直以来都是无线远程通信的一种重要方式,文中旨在利用一种既具有短波通信功能,又具有信道探测功能的一体化信号,实现在进行短波通信的同时,实时探测信道特性,并利用探测结果修正自身信号,降低通信误比特率.文中选用数字调幅广播（Digital Radio Mondiale,DRM）信号作为一体化信号,在分析了该信号的探测性能后,研究了利用探测得到的短波信道特性参数（时延、多普勒频移、相对衰减等）,构造反卷积滤波器,实现校正一体化信号并提出可提高其通信性能的算法.最后,通过仿真分析得出,所提算法相较于传统短波通信的方法,既提高了频带利用率,又降低了通信误比特率（Bit Error Rate,BER）,具有良好的性能.     

高频地波雷达距离混叠与距离模糊研究

针对地波雷达中远距离斜向返回散射电离层杂波的距离混叠问题,研究了不同接收机结构下线性调频中断连续波体制高频地波雷达的波形参数设计方法,给出了克服距离混叠和计算最大不模糊距离的公式以及波形参数选择的参考原则.理论计算和现场试验证明了远距离斜向返回散射电离层杂波是该体制雷达波形参数设计必须考虑的电波环境要素之一.