【摘要】：電離層區(qū)域存在大量的帶電粒子,對無線電波具有反射、折射和吸收作用,電離層內(nèi)不規(guī)則體導致的無線電信號的相位和幅度快速抖動和起伏對人類無線電通訊、衛(wèi)星發(fā)射、GPS定位以及人類空間活動有著重要影響。隨著我國科技事業(yè)的發(fā)展,對太空探索的活動越來越多,發(fā)展高垂直分辨率的電離層觀測手段,積累電離層不規(guī)則體變化數(shù)據(jù),已成為大氣科學研究,保障飛行器安全運行、提高國家軍事國防能力和科技水平等領域的迫切需要。在過去幾十年低緯地區(qū)電離層不規(guī)則體的研究已經(jīng)取得了很大的進展,但是對于電離層不規(guī)則體的物理產(chǎn)生機制和變化規(guī)律一直沒有很好的認識,尤其對不規(guī)則體SF和行星波的關(guān)系研究還不夠深入。因此開展電離觀測與不規(guī)則體研究有著重要的應用價值。本文以電離層數(shù)字測高儀為平臺,利用2012年三亞地區(qū)的電離層特征參數(shù),使用小波分析的方法研究了電離層中行星波狀擾動的特征,并采用電離層特征參數(shù)真高表征行星波擾動的方法結(jié)合全球地磁參數(shù)變化,分析了行星波與擴展F(Spread F,SF)發(fā)生的關(guān)系。首先,本文系統(tǒng)地介紹了電離層特征參數(shù)、不規(guī)則結(jié)構(gòu)以及最新研制的電離層數(shù)字測高儀基本結(jié)構(gòu)與工作原理,詳細地介紹了接收機中信號源子板設計思路與實現(xiàn)方法,并且對最終設計的控制程序進行了仿真,最后結(jié)合硬件電路對整個信號源子板進行了工作測試,結(jié)果顯示:信號源子板工作穩(wěn)定,輸出的信號可靠,滿足系統(tǒng)要求。其次,本文利用2012年三亞地區(qū)DPS-4D數(shù)字測高儀探測的34080張數(shù)字頻高圖數(shù)據(jù),根據(jù)行星波以天為周期的特點,列出了三亞地區(qū)2012年中在三個不同時刻(12 LT,19LT,21LT)的虛高變化,利用Morlet小波分析的方法對其波動性的變化進行了分析,同時也對電離層特征參數(shù)Fof2、h’f、dNe/dt與dh’f/dt作了分析,最后針對分析結(jié)果進行了討論。結(jié)果顯示:采用Morlet小波對電離層特征參數(shù)進行分析,可以清楚地研究出F層不同高度上受到長周期擾動的特征。電離層F層在不同時刻不同頻點的虛高、最小虛高以及臨頻都可以作為分析對象來研究F層大尺度不規(guī)則體;在本次分析結(jié)果中出現(xiàn)的3 d周期波可能與2 d的準周期波動有關(guān),27~31 d周期的擾動可能是由太陽自轉(zhuǎn)周期(27.3 d)導致的,7~10 d和13~15d的周期波動可能由來自對流層的行星波狀擾動結(jié)合太陽半自轉(zhuǎn)周期共同作用導致的。最后,本文介紹了在日落后反轉(zhuǎn)增強(PRE)期間F層發(fā)生上抬的基本原理,分析了行進式行星波電離層擾動(TPWIDs)對F層的調(diào)制機制,給出了幾種影響SF發(fā)生的幾種情況,以PRE期間電離層特征參數(shù)真高的逐日變化表征行進式行星波擾動結(jié)合2012年中SF發(fā)生情況與地磁參數(shù)變化,分析了在PRE期間中國低緯地區(qū)SF高發(fā)季節(jié)中行星波擾動特性,并研究了行星波擾動時的不同相位對SF產(chǎn)生和發(fā)展的影響以及在不同季節(jié)SF發(fā)生情況。主要結(jié)果為:地磁平靜時期,在PRE期間,TPWID行星波調(diào)制著PRE時期的電場強度,根據(jù)其相位的大小能導致F層的高度上抬或下降;日落后F層高度的變化控制著SF的發(fā)生,分析結(jié)果顯示三亞地區(qū)真高閾值大約為250 km,即當PRE導致F層升高到高于250 km時,有利于SF產(chǎn)生,因此SF的發(fā)生對TPWID的相位有一定的依賴性;并且在分點季節(jié),SF的開始時間與TPWID相位也有一定的關(guān)系,表現(xiàn)為SF發(fā)生的越早對應的TPWID相位就越大,SF發(fā)生的越晚甚至不發(fā)生時,對應的TPWID相位就越小。
【圖文】：

圖 1.1 大氣中電離層示意圖電離層最低層-D 層是地球上空從 60 公里到 90 公里之間的高度區(qū)域，密度范為從 108到 1010m-3。比較稠密的大氣層存在此層中，它的電離效應很弱，但是性粒子與離子和電子的碰撞現(xiàn)象比較頻繁，導致此層對自由電子有很高的捕獲，10 MHz 頻率的電磁波信號會被其吸收，影響著無線電波中的短波傳播。離地面從 90 到 140 公里范圍是電離層中層-E 層，，密度范圍為 109~1011m-3，電離層各層中最具有規(guī)律的一層。太陽活動和太陽天頂角變化影響著其全球性化、季節(jié)性變化以及日變化。在日出后 E 層的高度隨著電子密度的增大而逐漸低，在中午時降到最低，隨后又會慢慢上抬，，在日落時刻基本會恢復到日出前的高度，在此過程中此層會有大約為 5~10 k m 幅度的高度變化。在 110 千米的度左右，一般情況下都會有一個很強擾動發(fā)生，尺度大約為幾千米，即是通常稱為突發(fā) E 層的擾動（Es 層），并且 Es 在夏季時發(fā)生率比其它季節(jié)高，并且它持續(xù)時間也比較長。E 層能夠反射低于 10 M Hz 頻率的電磁波信號，對高于 10Hz 的電磁波信號會有吸收作用。F 層是電子濃度最高的一層，濃度為 1011~1012m-3，主要成分是+O ，+N和+2N

即太陽高年出現(xiàn) SF 的頻率低于太陽低年。衛(wèi)星觀測還發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生離層閃爍的區(qū)域與磁緯有關(guān)，當信號穿過極光緯度上的電離層時閃爍現(xiàn)象特別顯。形態(tài)學研究證明，極地和赤道電急流地區(qū)閃爍最強，中緯地區(qū)閃爍現(xiàn)象較且很少出現(xiàn)。3.2 SF 層Booker 和 Wells[3]首次在1938年利用垂測儀對夜間的赤道地區(qū)上空電離層進行測，發(fā)現(xiàn)并將探測得到的電離圖上 F 層的出現(xiàn)彌散狀回波描跡的現(xiàn)象定義為 SF，有研究表明，當 SF 現(xiàn)象出現(xiàn)時，無線電信號會受到這種電離層不規(guī)則體的嚴重響，其相位和振幅會出現(xiàn)大的波動，即閃爍現(xiàn)象[4,5]。在實際的探測得到的 電離頻高圖中，又存在著不同類型的 SF，按照《電離層解釋與度量手冊》中規(guī)定，據(jù)擴展的不同建議將 SF 分成頻率型 SF、區(qū)域型 SF、分叉型 SF、混合型 SF 等種類型[6]。
【學位授予單位】：中南民族大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P352.7

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 羅偉華;徐繼生;朱正平;;赤道-低緯電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)和閃爍活動出現(xiàn)率的理論模型構(gòu)建[J];地球物理學報;2013年09期

2 羅智賢;肖賽冠;史建魁;高太長;王國軍;方涵先;;磁擾和磁靜期間海南擴展F起始時間出現(xiàn)率研究[J];空間科學學報;2012年05期

3 劉立波;萬衛(wèi)星;陳一定;樂會軍;;電離層與太陽活動性關(guān)系[J];科學通報;2011年07期

4 羅智賢;史建魁;高太長;王國軍;尚社平;王霄;方涵先;王趙;G A Zherebtsov;;磁暴對海南地區(qū)電離層擴展F的影響[J];空間科學學報;2010年01期

5 朱正平;寧百齊;孫奉婁;陳錕;;電離層數(shù)字測高儀被動接收觀測模式研究[J];空間科學學報;2009年04期

6 朱正平;陳錕;周健勇;藍加平;李寧麗;;基于回波相位的電離層虛高的實時獲取與分析[J];中南民族大學學報(自然科學版);2008年04期

7 朱正平;寧百齊;;電離層高精度高頻多普勒頻移參量的時域探測方法[J];中南民族大學學報(自然科學版);2007年03期

8 丁宗華;寧百齊;萬衛(wèi)星;;電離層頻高圖參數(shù)的實時自動度量與分析[J];地球物理學報;2007年04期

9 王國軍;史建魁;王霄;尚社平;武順智;;太陽高年期間海南電離層擴展F出現(xiàn)的起始時間研究[J];科學技術(shù)與工程;2006年13期

10 冉啟文;小波分析方法及其應用[J];數(shù)理統(tǒng)計與管理;1999年01期

本文編號：2656751