基于柱坐标抛物方程的海上雷达覆盖范围研究

为预测雷达波在海面的全向传播特性,提出了基于柱坐标抛物方程(parabolic equation,PE)的电波传播模型,用于海上雷达覆盖范围的研究.从亥姆霍兹方程出发,推导出柱坐标系下的前向PE形式.再利用PE通解中三角函数的正交性,求解各电波传播模式的激励系数,结合分步傅里叶变换实现柱坐标PE的步进迭代算法,以预测电...     

Optimized analysis of ionospheric amplitude modulated heating parameters for excitation of very/extremely low frequency radiations

It is now well known that amplitude modulated (AM) high frequency (HF) radio wave transmissions into the ionosphere can be used to generate very/extremely low frequency (VLF/ ELF) radio waves using the so-called ‘electrojet antenna’. Duty cycle and heating frequency are analyzed and discussed with the lower-ionosphere modulated heating model, so as to improve the radiation efficiency of VLF/ELF waves in AM ionospheric heating experiments. Based on numerical simulation, the ranges of parametric selectivity in optimal duty cycle and heating frequency ( fHF) are derived. The International Reference Ionosphere 2015 (IRI-2015) model and two-parameter model are used to predict background electron density profiles, and optimized ranges of duty cycle for different density profiles are analyzed and compared. The influences of wave polarizations on optimal duty cycle are also discussed. It is shown that intensity of the VLF/ELF equivalent radiation source (M) firstly rises and then falls with the increase of duty cycle. When using the IRI model, M peaks at a duty cycle of 50%, optimally ranging from 40% −70%. For the two-parameter model case, an optimal duty cycle is 40% and the optimized ranges vary from 30%−60%. Heating with an X-mode polarization is more efficient than with the O-mode case in VLF/ELF wave generation. Nevertheless, an optimal duty cycle is almost independent of HF wave polarizations. To obtain better VLF/ELF generation, optional fHF may be 0.8−0.9 times of foE for the O-mode heating and 0.75−0.85 times for the X-mode polarization case. Finally, the variations of these two parameters in different latitudes are discussed.     

电离层加热激发受激布里渊散射研究

研究了电离层加热激发受激布里渊散射效应.利用受激布里渊散射匹配条件, 结合国际地磁场参考模型, 模拟计算了离子声波(Ion Acoustic, IA)与静电离子回旋波(Electrostatic Ion Cyclotron, EIC)频率随地理纬度、加热频率、波束指向、电子温度等参数变化特性, 并以我国海南与美国高频主动极光研究项目(High Frequency Active Auroral Research Program, HAARP)为例, 研究IA与EIC频率随纬度的变化.模拟结果表明:随着纬度的增加, IA与EIC频率增大; 与IA频率相比, EIC频率随加热频率、波束指向及电子温度的变化相对较小; 随加热频率的增加高纬地区IA频率增大, 而低纬地区基本不变; 随加热波束指向从南到北变化, 海南IA频率单调下降, HAARP则为先上升后下降的形态, EIC具有相反的变化; 电子温度越高, IA与EIC频率越大.本文模拟结果可为我国将来开展同类实验提供参考.     

中低纬调制高频加热电离层ELF／VLF辐射模拟

从基本的电子能量方程出发,改进了幅度调制HF电波加热低电离层模型.计算了低电离层电子温度和电导率随加热时间的变化,以及不同高度上加热产生ELF/VLF Hall电流大小.根据实际的电离层参数,在一定加热条件下,计算了北京、上海、昆明和海口所产生ELF/VLF Hall总电偶极矩大小.结果表明:利用幅度调制HF电波加热中低纬度地区低电离层,可以有效形成ELF/VLF电波辐射源.     

电离层背景状态对大功率短波加热电离层效应的影响

从电离层加热实验出发,模拟研究了低纬地区(Arecibo)和高纬地区(Troms?)加热效应.首先验证了该文计算的正确性,在此基础上研究了背景电离层电子密度梯度和泵波频率 HFf 与临界频率0F2f 比值对电离层加热效应的影响,结果表明:电子密度梯度越小,加热效果越强;过密加热时,加热效果随泵波频率与临界频率的比值增大而增强,但同时受电波反射高度影响,该比值较低时可能也会存在一个使加热效果增强的取值范围.最后分析了在不利的电离层背景状态下如何有效选择加热参数,以获得较为理想的加热效果.     

电离层中ELF辐射源向下传播衰减理论分析

利用大功率高频（HF）电波调制加热电离层可在电离层中有效形成辐射源,并用于辐射ELF电磁波.本文基于磁流体力学的基本方程通过对电离层中极低频（ELF）辐射源的辐射场分析,获得ELF电磁波在电离层中传播的色散关系式,建立电离层中的ELF辐射源向下传播衰减模型.并依据建立的传播衰减模型,分析不同纬度地区传播衰减的差异,以及传输频率和背景电离层参数对传播衰减的影响.     

电离层预加热幅度调制模式的理论与模拟

从基本的电离层能量方程和连续性方程出发,构造了预加热模式下低电离层幅度调制加热理论模型,详细研究了预加热模式对电离层幅度调制加热产生极低频/甚低频(Extremely Low Frequency/Very Low Frequency,ELF/VLF)强度的影响.以HAARP加热站点为例,对比分析了正常幅度调制模式和预加热幅度调制模式两种模式下产生的ELF/VLF偶极矩的大小.分析结果表明,当加热系统有效辐射功率较大、调制频率较小时,预加热幅度调制模式更有效;在一定加热条件下,相对正常幅度调制模式,预加热幅度调制模式辐射ELF/VLF强度可提高约5.3 dB.