中低纬度低电离层物理模型构建研究

从粒子连续性方程出发，考虑电离、复合、附着等物理过程，初步建立了一个中低纬度地区低电离层（60~120 km）稳态物理模型.该模型涉及145个离子化学反应，能够给出23个正离子、11个负离子、12种中性粒子及电子密度分布.模拟结果表明:NO+及水化聚合离子NO+（H₂O）_n、H+（H₂O）_n等是低电离层正离子的主要成分；以CO₃-及O₃-为主的负离子成分仅在80 km以下高度占优，导致在较低高度电子密度远小于离子密度.以100°E不同纬度（5°N、25°N、45°N）为例，与国际参考电离层（international ionosphere reference 2016，IRI-2016）模型进行比较，结果表明该物理模型能够较好地描述中低纬度低电离层电子密度随高度变化、周日变化等形态学特征.     

2004年11月极区中层冬季回波在224 MHz的时空特征分析

在2004年11月9-13日太阳质子事件期间利用224 MHz雷达研究了连续五天出现的极区中层冬季回波（polar mesosphere winter echoes,PMWE）,发现电离层D区电子密度增强会增大PMWE的产生几率,PMWE强度越大,其持续时间越长,高度范围越大.由于白天D区的电离水平更高,PMWE在白天的出现率很高,在夜晚很低.通过深入分析发现,PMWE与宇宙噪声吸收（cosmic noise absorption,CNA）的极大值存在对应关系,表明PMWE与高能粒子沉降导致的电离层D区电子浓度增强密切相关.同时也发现,极区中层冬季回波和极区中层夏季回波体反射率对频率的依赖性不同,暗示二者的产生机理也可能有所不同.     

极区中层冬季回波在224 MHz的统计特性分析

基于224 MHz欧洲非相干散射甚高频雷达（European incoherent scatter very high frequency radar，EISCAT VHF radar）在2003-2014年间所观测的极区中层冬季回波（polar mesosphere winter echoes，PMWE）数据，分别从出现率、持续时间、高度分布、日变化、季节变化方面分析讨论了PMWE的平均时空特征，并对国际上PMWE与太阳和地磁活动的相关关系理论中存在的一些问题进行了讨论.结果表明:PMWE出现的几率非常低且持续时间普遍较短，其平均出现率为3.26%，每次出现的平均持续时间为67 min；高度分布范围主要在62~70 km，且在66~67 km高度范围内出现率最高；PMWE大多出现在白天，极少出现在夜晚，且11月份的出现率较高，12月份的出现率非常低.本文的研究为解释PMWE形成的物理机制提供了有价值的参考.     

人工等离子体云团与无人机群的散射研究

电离层中释放的金属蒸气产生人工等离子体云团,其可显著改变无线电波传播。本文利用几何绕射理论(geometrical theory of diffraction, GTD)和有限元法(finite element method, FEM)相结合的方法,给出了经由天线、人工等离子云团和无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)群组成的传播链路中信号强度计算方法。利用30～70 MHz甚高频(very high frequency, VHF)信号研究人工等离子体云团与UAV群的复合散射特性,得出如下结论：接收功率随着信号频率增加呈下降趋势;当机群由N架UAV构成时,阵因子迭加使机群雷达散射截面(radar cross section, RCS)出现一定的起伏,同相迭加时,接收功率可比单个UAV高约20lg N dB;利用人工等离子体云团散射可实现VHF频段用于对米级尺度RCS目标进行超视距探测,有助于解决紧急情况下电离层扰动对高频探测的不利影响。     

空间等离子体云精细化仿真及传播特性研究

在电离层中释放钐(Sm)等活泼金属气体,通过光致电离或化学电离,能够人工生成空间等离子体云,以其作为散射体,可开展超短波超视距通信和探测研究。本文开展了电离层Sm释放的精细化效应仿真研究,考虑了热层风场、地磁场、Sm释放速度和流量、运载器飞行速度等参量对Sm在电离层中扩散过程的影响。同时,采用射线追踪方法,研究了空间等离子体云的电波传播特性。结果表明释放参数和环境参数对等离子体云的形态和演化过程具有重要影响,等离子云在不同剖面形态各异,沿地磁场方向及风场方向出现明显拉伸,进一步对等离子体云的传播效应产生影响,导致电波在等离子体云不同剖面传播特性出现差异。