【摘要】： 流星雷達(dá)探測(cè)已經(jīng)有50多年的歷史。最初,流星雷達(dá)主要應(yīng)用于流星雨的觀(guān)測(cè)及流星天文學(xué)方面。后來(lái),隨著雷達(dá)技術(shù)以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理技術(shù)的發(fā)展,流星雷達(dá)在MLT區(qū)域的大氣動(dòng)力學(xué)如大氣平均風(fēng)場(chǎng)、大氣潮汐以及大氣行星波等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,已經(jīng)成為獲取流星發(fā)生區(qū)域大氣動(dòng)力學(xué)的重要的空間探測(cè)手段。近十年來(lái)發(fā)展的寬波束全天空流星雷達(dá)技術(shù)中,采用了各向同性的發(fā)射和接收天線(xiàn),可以同時(shí)觀(guān)測(cè)全天空的流星回波,從而獲得流星尾跡回波區(qū)域的各種參量(如背景風(fēng)場(chǎng)速度、大氣溫度和壓力等)。2002年初建于武漢的全天空無(wú)線(xiàn)電流星雷達(dá)是我國(guó)引進(jìn)的第一臺(tái)流星雷達(dá)系統(tǒng)。到目前為止,武漢流星雷達(dá)的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)已用于MLT區(qū)大氣動(dòng)力學(xué)特別是大氣潮汐、行星波等眾多問(wèn)題的研究,另外在流星天文學(xué)、大氣不穩(wěn)定性研究等方面也做了初步的工作。 武漢流星雷達(dá)為干涉式全天空流星雷達(dá),該雷達(dá)利用接收天線(xiàn)得到信號(hào)的相位信息來(lái)確定目標(biāo)位置,因而流星雷達(dá)系統(tǒng)的相位偏差會(huì)影響數(shù)據(jù)處理的結(jié)果。為了提高武漢流星雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的精度和可靠性,本文首先嘗試?yán)昧餍抢走_(dá)獲得的流星回波原始數(shù)據(jù)對(duì)流星雷達(dá)系統(tǒng)的相位偏差進(jìn)行校正。我們以回波信號(hào)在各個(gè)接收通道之間的相位差,結(jié)合干涉式接收天線(xiàn)陣的幾何關(guān)系建立了相應(yīng)于各天線(xiàn)相位差測(cè)量值與偏差值之間的線(xiàn)性方程組,利用最小二乘法求解方程組得到了流星雷達(dá)系統(tǒng)各個(gè)接收通道之間的相位差偏差估計(jì)值,得到校正后的流星回波的到達(dá)角。和已有的流星雷達(dá)相位偏差估計(jì)和校正的方法相比,這種方法可以通過(guò)流星雷達(dá)的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算雷達(dá)系統(tǒng)各個(gè)接收天線(xiàn)通道之間的相位偏差量,而不需要增加額外的硬件,實(shí)現(xiàn)了對(duì)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的事后處理,可以方便的對(duì)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行例行校正。我們以2004年4月-6月的武漢流星雷達(dá)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)為例,計(jì)算了流星雷達(dá)系統(tǒng)的偏差估計(jì)量,并用校正后的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算流星回波的空間位置。結(jié)果表明,校正后流星回波數(shù)在各個(gè)方向上隨高度的分布比校正前更符合統(tǒng)計(jì)分布,表明我們提出的相位校正新方法的合理性。 我們利用上述方法對(duì)2005年1月至2005年12月武漢(30.6oN,114.4oE)流星雷達(dá)的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正后,進(jìn)一步分析了武漢上空80-100km高度范圍平均風(fēng)和潮汐活動(dòng)的變化特征。平均風(fēng)的明顯特征包括:緯向平均風(fēng)基本為東向風(fēng),夏季在中層頂附近出現(xiàn)很強(qiáng)的緯向風(fēng)剪切,80km處的風(fēng)速約6-12m/s,而在85-95公里之間東向風(fēng)速達(dá)到24m/s,冬季在90km以下也有較強(qiáng)東向風(fēng)。西向風(fēng)僅在有限的范圍出現(xiàn),3、4月份在86km以下西向風(fēng)較強(qiáng),12月在92km以上也出現(xiàn)微弱的西向風(fēng)。經(jīng)向風(fēng)在春、夏季為南向風(fēng),在冬季為北向風(fēng)。周日潮汐的幅度和相位都有明顯的季節(jié)變化。周日潮的幅度在3、4月最強(qiáng),在11月份周日潮存在次最大值,冬至點(diǎn)和夏至點(diǎn)處周日潮汐最弱。在各高度周日潮冬季的相位超前于夏季相位,經(jīng)向分量的相位早于緯向分量。 本文提出了一種用于武漢流星雷達(dá)相位校正的新方法,并用校正后的數(shù)據(jù)對(duì)武漢地區(qū)的流星分布和背景風(fēng)場(chǎng)的特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明,本文提出的流星雷達(dá)相位校正的新方法可以較好地消除雷達(dá)觀(guān)測(cè)中的誤差,大大提高觀(guān)測(cè)參數(shù)的精度,對(duì)進(jìn)一步發(fā)揮流星雷達(dá)的效能具有重要意義。本文的方法可以用于全天空流星雷達(dá)的相位校正,也可以推廣到類(lèi)似的干涉式雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（武漢物理與數(shù)學(xué)研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：P111
【圖文】：

體在進(jìn)入地球大氣的過(guò)程中會(huì)和地球大氣相互作用，產(chǎn)生一系學(xué)變化。流星體進(jìn)入大氣層時(shí)，其表面的分子和大氣分子碰撞 2000K 左右，高溫會(huì)將流星表面迅速燒蝕并電離化，最終在離子體柱。流星體的燒蝕也是高層大氣中金屬離子、中性成分來(lái)源。地球中高層大氣每天會(huì)受到數(shù)以?xún)|計(jì)的流星體碰撞，這究具有重要意義，如可以由此研究太陽(yáng)系中各個(gè)行星的演化，的大氣動(dòng)力學(xué)過(guò)程（如潮汐、行星波、大氣環(huán)流等）。的形態(tài)和體積千差萬(wàn)別。大至直徑數(shù)千米的行星際碰撞產(chǎn)生的 0.01mm 的流星微粒。根據(jù) IAU（International Astronomical U，我們把這些統(tǒng)稱(chēng)為流星體。流星體依據(jù)其質(zhì)量和體積可以分下圖 1.1。

達(dá)探測(cè)流星尾跡的示意圖。當(dāng)天線(xiàn)發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電波碰到電離部分能量會(huì)反射到接收天線(xiàn)雷達(dá)具有可以晝夜觀(guān)測(cè)的顯著優(yōu)點(diǎn)，而 70-110km 高對(duì)較少，而且該區(qū)域又是一個(gè)動(dòng)力學(xué)活動(dòng)非常復(fù)雜趣。從六十年代起，MLT 區(qū)域的動(dòng)力學(xué)研究就引起61）和 Sugar（1964）發(fā)展起來(lái)了一種利用觀(guān)測(cè)流星低熱層的動(dòng)力學(xué)的方法，而得到迅速地發(fā)展。他們利頻移速度來(lái)估算流星尾跡在視線(xiàn)方向的速度，再結(jié)合到該流星發(fā)生區(qū)域的風(fēng)場(chǎng)速度矢量。目前，流星氣動(dòng)力學(xué)探測(cè)手段，特別在大氣平均風(fēng)場(chǎng)、潮汐和大非常重要的作用，同時(shí)這些領(lǐng)域現(xiàn)在也是流星雷達(dá)的

實(shí)心流星體以天頂角45o進(jìn)入地球大氣在大氣中理論的初始燒蝕高變化的函數(shù)。圖中兩條粗線(xiàn)分別表示流星尾跡的線(xiàn)密度分別為 101和速度（radio magnitudes ~ +15 and +10）。ML線(xiàn)表示的是流星小值（Ceplecha et al., 1998）。 et al.（1966）和Love et al.（1991）發(fā)展了一種計(jì)算小流星即流星尾跡高度的方法。有關(guān)流星體燒蝕過(guò)程的模擬研究4kg的流星體，當(dāng)其表面溫度達(dá)到 1850K時(shí)流星體的質(zhì)量才一條件得到的流星體的燒蝕高度如圖 2.1。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 熊建剛,萬(wàn)衛(wèi)星,寧百齊,劉立波;武漢上空中層頂附近大氣環(huán)流的流星雷達(dá)觀(guān)測(cè)[J];科學(xué)通報(bào);2003年10期

本文編號(hào)：2779448