【摘要】：電離層區(qū)域存在大量的帶電粒子,對(duì)無(wú)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(dǎo)致的無(wú)線電信號(hào)的相位和幅度快速抖動(dòng)和起伏對(duì)人類(lèi)無(wú)線電通訊、衛(wèi)星發(fā)射、GPS定位以及人類(lèi)空間活動(dòng)有著重要影響。隨著我國(guó)科技事業(yè)的發(fā)展,對(duì)太空探索的活動(dòng)越來(lái)越多,發(fā)展高垂直分辨率的電離層觀測(cè)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(xué)研究,保障飛行器安全運(yùn)行、提高國(guó)家軍事國(guó)防能力和科技水平等領(lǐng)域的迫切需要。在過(guò)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(jìn)展,但是對(duì)于電離層不規(guī)則體的物理產(chǎn)生機(jī)制和變化規(guī)律一直沒(méi)有很好的認(rèn)識(shí),尤其對(duì)不規(guī)則體SF和行星波的關(guān)系研究還不夠深入。因此開(kāi)展電離觀測(cè)與不規(guī)則體研究有著重要的應(yīng)用價(jià)值。本文以電離層數(shù)字測(cè)高儀為平臺(tái),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(dòng)的特征,并采用電離層特征參數(shù)真高表征行星波擾動(dòng)的方法結(jié)合全球地磁參數(shù)變化,分析了行星波與擴(kuò)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(cè)高儀基本結(jié)構(gòu)與工作原理,詳細(xì)地介紹了接收機(jī)中信號(hào)源子板設(shè)計(jì)思路與實(shí)現(xiàn)方法,并且對(duì)最終設(shè)計(jì)的控制程序進(jìn)行了仿真,最后結(jié)合硬件電路對(duì)整個(gè)信號(hào)源子板進(jìn)行了工作測(cè)試,結(jié)果顯示:信號(hào)源子板工作穩(wěn)定,輸出的信號(hào)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(cè)高儀探測(cè)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(diǎn),列出了三亞地區(qū)2012年中在三個(gè)不同時(shí)刻(12 LT,19LT,21LT)的虛高變化,利用Morlet小波分析的方法對(duì)其波動(dòng)性的變化進(jìn)行了分析,同時(shí)也對(duì)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(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了討論。結(jié)果顯示:采用Morlet小波對(duì)電離層特征參數(shù)進(jìn)行分析,可以清楚地研究出F層不同高度上受到長(zhǎng)周期擾動(dòng)的特征。電離層F層在不同時(shí)刻不同頻點(diǎn)的虛高、最小虛高以及臨頻都可以作為分析對(duì)象來(lái)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(zhǔn)周期波動(dòng)有關(guān),27~31 d周期的擾動(dòng)可能是由太陽(yáng)自轉(zhuǎn)周期(27.3 d)導(dǎo)致的,7~10 d和13~15d的周期波動(dòng)可能由來(lái)自對(duì)流層的行星波狀擾動(dòng)結(jié)合太陽(yáng)半自轉(zhuǎn)周期共同作用導(dǎo)致的。最后,本文介紹了在日落后反轉(zhuǎn)增強(qiáng)(PRE)期間F層發(fā)生上抬的基本原理,分析了行進(jìn)式行星波電離層擾動(dòng)(TPWIDs)對(duì)F層的調(diào)制機(jī)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(jìn)式行星波擾動(dòng)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(guó)低緯地區(qū)SF高發(fā)季節(jié)中行星波擾動(dòng)特性,并研究了行星波擾動(dòng)時(shí)的不同相位對(duì)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(shí)期,在PRE期間,TPWID行星波調(diào)制著PRE時(shí)期的電場(chǎng)強(qiáng)度,根據(jù)其相位的大小能導(dǎo)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(dāng)PRE導(dǎo)致F層升高到高于250 km時(shí),有利于SF產(chǎn)生,因此SF的發(fā)生對(duì)TPWID的相位有一定的依賴性;并且在分點(diǎn)季節(jié),SF的開(kāi)始時(shí)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(duì)應(yīng)的TPWID相位就越大,SF發(fā)生的越晚甚至不發(fā)生時(shí),對(duì)應(yīng)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(yīng)很弱，但是性粒子與離子和電子的碰撞現(xiàn)象比較頻繁，導(dǎo)致此層對(duì)自由電子有很高的捕獲，10 MHz 頻率的電磁波信號(hào)會(huì)被其吸收，影響著無(wú)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(yáng)活動(dòng)和太陽(yáng)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(shí)降到最低，隨后又會(huì)慢慢上抬，，在日落時(shí)刻基本會(huì)恢復(fù)到日出前的高度，在此過(guò)程中此層會(huì)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(huì)有一個(gè)很強(qiáng)擾動(dòng)發(fā)生，尺度大約為幾千米，即是通常稱(chēng)為突發(fā) E 層的擾動(dòng)（Es 層），并且 Es 在夏季時(shí)發(fā)生率比其它季節(jié)高，并且它持續(xù)時(shí)間也比較長(zhǎng)。E 層能夠反射低于 10 M Hz 頻率的電磁波信號(hào)，對(duì)高于 10Hz 的電磁波信號(hào)會(huì)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(yáng)高年出現(xiàn) SF 的頻率低于太陽(yáng)低年。衛(wèi)星觀測(cè)還發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生離層閃爍的區(qū)域與磁緯有關(guān)，當(dāng)信號(hào)穿過(guò)極光緯度上的電離層時(shí)閃爍現(xiàn)象特別顯。形態(tài)學(xué)研究證明，極地和赤道電急流地區(qū)閃爍最強(qiáng)，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(cè)儀對(duì)夜間的赤道地區(qū)上空電離層進(jìn)行測(cè)，發(fā)現(xiàn)并將探測(cè)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(dāng) SF 現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，無(wú)線電信號(hào)會(huì)受到這種電離層不規(guī)則體的嚴(yán)重響，其相位和振幅會(huì)出現(xiàn)大的波動(dòng)，即閃爍現(xiàn)象[4,5]。在實(shí)際的探測(cè)得到的 電離頻高圖中，又存在著不同類(lèi)型的 SF，按照《電離層解釋與度量手冊(cè)》中規(guī)定，據(jù)擴(kuò)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(lèi)型[6]。
【學(xué)位授予單位】：中南民族大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：P352.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2656751