空间磁化等离子体非线性受激电磁辐射进展

电磁波和磁化等离子体的非线性相互作用复杂,高功率电磁波调控电离层实验提供了研究非线性基本问题的主动方式. 为构建空间磁化等离子体受激电磁辐射(stimulated electromagnetic emissions,SEEs)体系,本文首先总结了磁化等离子体中可能发生的参量不稳定性;其次,回顾了近十年国际电离层加热激发SEEs取得的进展,主要包括对受激布里渊散射、受激伯恩斯坦波散射、二次谐波激发进行总结;再次,围绕空间SEEs应用,分析了其与人工等离子体层、多尺度等离子体不规则体、能量转化波粒和波波相互作用、低频波激发等四方面的关系;最后,给出未来的发展方向和潜在应用的一些思考.     

一种知识辅助天波雷达电离层污染综合校正方案

针对天波超视距雷达复杂电离层污染校正针对性不强、准确性不高的问题,提出一种知识辅助电离层污染综合校正方案.该方案利用电离层污染知识库、环境监视信息、地/海图库和合作目标库等辅助知识对回波信号所受电离层污染类别进行模式分析与判断,利用多种辅助知识和校正算法库提高复杂电离层污染校正精度,给出了同时存在电离层相位污染和幅度污染时的方案实施步骤.仿真结果验证了该方案的有效性.     

高集成度的高频多普勒探测系统的设计

地震、台风、磁暴等天气事件爆发时,引发的电离层扰动会对无线电波的传播环境造成影响,使空间传播的高频无线电信号产生多普勒频率偏移.针对此问题,提出了一种新型的高集成度的高频多普勒探测系统.通过研发的高集成度的高频多普勒接收机接收来源于电离层反射的高频无线电信号,经过信号处理电路的混频处理获得低中频信号,再通过数据采集卡采集信号并保存在PC机上,利用上位机软件对保存的数据进行实时处理,得到高频多普勒频移的变化曲线,从而研究电离层扰动特征.同时给出了电离层日出效应、偶发E层和行进式电离层扰动等探测实例.实际观测表明:该探测系统运行稳定可靠,可以用于电离层环境的长期监测.     

磁化电离层等离子体异常吸收效应研究

研究了电离层加热中的异常吸收效应.采用动力学理论,从弗拉索夫方程出发,结合磁化等离子体中电波色散关系与地磁场中泵波电场作用于电子与离子形成的位移电流,详细推导了加热形成的沿磁场分布电子密度不均匀体扰动所引起的电波幅度异常吸收系数.利用异常吸收系数解析表达式模拟计算了吸收系数随地磁倾角的变化,结果表明:随着地磁倾角的增加,异常吸收系数增大,在地磁倾角约70°以后缓慢下降;在考虑了地磁场对高频电导率影响后,异常吸收系数降低,而且地磁倾角越大系数下降越明显.     

磁扰和磁静期间南极McMurdo地区电离层闪烁统计特征的对比分析

利用南极McMurdo站（地理经纬度（166.73°E,77.88°S）,地磁纬度80°S）2011-2014年电离层闪烁观测数据,对比分析了磁扰和磁静期间电离层闪烁发生率的周日分布、季节分布,以及随太阳活动变化的统计特征.结果表明:磁扰和磁静期间电离层闪烁的周日分布均在磁中午附近和磁子夜后出现峰值,而磁扰期的闪烁发生率显著高于磁静期,并且闪烁发生范围向低纬和高纬方向扩展;春秋季电离层闪烁发生率明显高于夏冬季,每年的2、3月份和9、10月份高发,冬季6月份发生率最低;磁扰期的季节性特征比磁静期更为明显,且闪烁发生范围、发生频率均明显大于磁静期;太阳活动对电离层闪烁的影响十分显著,随着太阳活动的增强,闪烁发生的范围和发生频率均明显增大.该研究结果有助于了解极区电离层闪烁的整体分布情况,将为极区电离层闪烁建模以及闪烁预报提供支持,对极区通信、导航定位等有着重要的应用价值.     

基于L频段数字航空通信系统1的F-OFDM波形设计

随着航空飞行器种类和数量的激增以及第五代(5G)移动通信系统和物联网(IoT)时代的到来,下一代航空无线通信系统面临着高安全性、大传输容量、低延时、强鲁棒性、高灵活性和综合业务提供等新的挑战.为此,提出了一种基于L频段数字航空通信系统1(L-DACS1)的滤波正交频分复用(F-OFDM)波形设计方法并探讨了可能的技术演进路径.首先引入了认知无线电、非连续载波干涉码OFDM和滤波器的思想,然后针对不同航空飞行器用户动态自适应配置波形参数.仿真结果表明,该方法得到的系统波形具有较低的带外辐射功率、优良的块误码率性能和较高的吞吐量增益.     

L频段共形相控阵天线研制

为满足机载系统的需要,给出了共形相控阵天线的分析和设计过程,同时研制了一种高度仅为0.14波长的准八木天线单元。利用三维电磁仿真软件HFSS对天线单元和共形相控阵进行了仿真设计,并研制了一套L频段共形相控阵天线。该天线由天线阵面、波束形成网络和波控器等构成。天线阵面由4个天线单元组成,共形安装在机头上。经实际测试,共形相控阵天线阵面的和波束在扫描范围内增益大于10 dBi,并具有较低的副瓣电平;差波束零深小于-20 dB。     

星载合成孔径雷达二维闪烁相位误差校正方法研究

分析了电离层闪烁效应对低频段星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)方位向分辨率的影响, 并基于二维相位屏方法生成了距离向空变的闪烁相位误差.传统的相位梯度自聚焦(Phase Gradient Autofocus, PGA)方法难以适用于二维空变相位误差校正, 而本文基于闪烁相位误差在距离向具有连续性的特点, 在一定规则基础上将整幅图像划分为若干个子孔径, 对每个子孔径图像利用PGA方法进行相位误差估计, 再将得到的各子孔径相位误差进行插值运算, 从而得到整幅图像的闪烁相位误差.仿真结果表明:相比于传统PGA方法, 子孔径PGA方法可以有效解决二维空变闪烁相位误差对图像方位向分辨率的影响, 校正后的图像得到很好的恢复, 方位向分辨率明显提高.     

基于Hi-Bi FLM的离散式L带可调谐掺铒光纤激光器

研究了利用高双折射光纤环形镜（HiBiFLM）结合L带可调谐的波长选择薄膜滤波器,以掺Er^3＋光纤为增益介质,以0．8nm波长间隔计,可获得L波段41个离散可调谐波长的可调谐输出,各信道波长输出功率变化的最大幅度小于3．1dB,光信噪比（OSNR）优于32dB。     

基于光纤环形镜的双级双程L波段高功率ASE光源

研究了L波段光产生的基本机理,基于3dB宽带耦合器的光纤环形镜作为反射镜,优化设计并通过实验得到了双级双程L波段掺Er光纤(EDF)高功率放大的自发辐射(ASE)输出光谱。两级所用的光纤长度分别为7m(低浓度)和31m(高浓度),在同等条件下,第1级采用双程前向得到功率为21．48mW(13．32dBm)、平均波长为1573．52nm的L波段ASE输出;第1级采用双程后向可实现功率为22．71mW(13．56dBm)、平均波长为1574．66nm的L波段ASE输出。对比分析2种结构输出光谱的抽运光利用效率、光谱平坦度等特性后,得到第1级采用双程后向的双级双程是一种更为理想的实现L波段高功率ASE输出的结构,同时由于C波段易获得高功率(高于30mW)的输出,二者结合即可得到功率高于50mW的C L波段ASE输出。