磁暴是空間天氣與空間物理學研究的中心話題之一,環(huán)電流的增強擾動是磁暴標志性特征的高空源。暴時環(huán)電流動力學過程涉及復雜的太陽風-磁層-電離層/熱層耦合過程。人們普遍認為環(huán)電流粒子源自太陽風和電離層,但這兩種源的具體貢獻還沒完全弄清楚。近期人們發(fā)現(xiàn)環(huán)電流中的質子同時來自太陽風和電離層,但是氧離子來自電離層,因此氧離子示蹤對解釋電離層在磁暴期間的作用具有重要意義。環(huán)電流粒子存在多種損失機制,如環(huán)電流粒子與地冕氫發(fā)生電荷交換可生成不受電磁場控制的高能中性原子(ENA),這使得人們可以通過中性原子遙測成像技術從環(huán)電流外部對其全球分布進行觀測。TWINS衛(wèi)星搭載了先進的ENA成像儀,飛行在幾乎正交的兩個莫爾尼亞高軌道上,從有利位置對磁層進行立體觀測,為重建環(huán)電流離子能譜的三維空間分布提供了有利條件。本文提出了磁層ENA發(fā)射CT的概念,將體像素CT方法應用于衛(wèi)星高能中性原子成像數(shù)據(jù),重建環(huán)電流離子通量強度的三維空間分布與能譜；為了克服多顆衛(wèi)星成像可能存在的儀器偏差的互不一致性造成反演誤差增大甚至迭代發(fā)散的問題,發(fā)展了差分ENA體像素CT反演方法。采用環(huán)電流離子分布模型和實際衛(wèi)星觀測幾何構形進行數(shù)值模...

【文章頁數(shù)】：144 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 研究背景
    1.2 研究的目的和意義
    1.3 論文安排
2 磁層中的環(huán)電流
    2.1 磁層的基本結構及電流系
    2.2 環(huán)電流
        2.2.1 環(huán)電流基本原理
        2.2.2 環(huán)電流粒子絕熱運動
        2.2.3 環(huán)電流地磁響應
    2.3 小結
3 高能中性原子(ENA)及其成像
    3.1 ENA產生原理
    3.2 ENA成像發(fā)展歷程
    3.3 ENA成像儀器介紹
        3.3.1 IMAGE衛(wèi)星ENA成像
        3.3.2 TC-2衛(wèi)星ENA成像
        3.3.3 TWINS衛(wèi)星ENA成像
    3.4 小結
4 ENA成像的三維CT反演----基本原理與方法
    4.1 幾種典型ENA成像反演方法
        4.1.1 參數(shù)化離子分布模型
        4.1.2 有約束的線性反演
    4.2 CT技術概述
        4.2.1 Radon變換
        4.2.2 Fourier切片定理
        4.2.3 三維CT理論公式
        4.2.4 級數(shù)展開CT重建算法
    4.3 磁層ENA發(fā)射CT
    4.4 小結
5 衛(wèi)星ENA成像及其反演的數(shù)值模擬
    5.1 ENA成像的正演模擬
        5.1.1 環(huán)電流離子微分通量分布模型
        5.1.2 ENA離子源區(qū)域及其網(wǎng)格劃分
        5.1.3 其它簡化假設與模型/公式
        5.1.4 衛(wèi)星位置與掃描視線
        5.1.5 ENA成像正演模擬結果
    5.2 由ENA成像模擬反演離子分布
        5.2.1 差分ENA CT原理方法
        5.2.2 無偏差ENA圖像的反演
        5.2.3 有偏差ENA圖像的反演
        5.2.4 結果分析
    5.3 小結
6 實測磁暴事件反演
    6.1 2012年07月15日磁暴事件分析
        6.1.1 LAE修正
        6.1.2 反演結果
        6.1.3 結果驗證、特征分析
    6.2 2011年10月24日磁暴事件分析
    6.3 小結
7 中能段ENA-H與ENA-O分離
    7.1 由衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)獲取ENA通量
        7.1.1 探測器內部結構
        7.1.2 原始Level-0數(shù)據(jù)的結構
        7.1.3 計算ENA通量
    7.2 由起始脈高分布決定ENA成分
        7.2.1 起始脈沖高度分布
        7.2.2 MCP板電壓對脈高分布的影響
        7.2.3 起始脈沖高度能量外推法
        7.2.4 H/O分離方法
    7.3 由實測數(shù)據(jù)分離H/O的結果
    7.4 小結
8 總結與展望
    8.1 總結
    8.2 展望
參考文獻
攻讀博士學位期間的科研成果
致謝



本文編號：3764138