電離層作為一個(gè)天然等離子體實(shí)驗(yàn)室,開展人工影響電離層研究既有利于人類加深對等離子體特性等方面的認(rèn)識,也可以幫助人們滿足短波通信、超視距雷達(dá)、航空航天等領(lǐng)域的各種需求。本文立足于高頻電波加熱電離層這一人工影響電離層的重要方式,從其研究歷史和研究意義出發(fā),建立電波加熱的物理模型,并進(jìn)行了相關(guān)仿真模擬,主要有以下研究成果:1.基于磁流體力學(xué)的動量方程、能量方程和連續(xù)性方程以及電波歐姆加熱的主要機(jī)理,考慮不同高度上電離層主要等離子體參數(shù)及物理過程的差異,結(jié)合射線追蹤程序,分別構(gòu)建了低電離層欠密加熱模型和高電離層過密加熱模型。2.基于本文構(gòu)建的低電離層加熱模型并利用IRI-2012和NRLMSISE-00經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞峁┑谋尘皡?shù)對幾種不同初始條件下斜向加熱低電離層進(jìn)行了數(shù)值模擬,對比了不同加熱條件下電子溫度和電子密度的擾動情況。研究結(jié)果表明,電波加熱的效果隨著入射仰角和有效輻射功率的增大而增大;電子溫度和電子密度增幅隨電波頻率增大而減小;相比O波模,X波模造成電子溫度擾動幅度和電子密度擾動幅度更大,同時(shí)X波模比O波模能更快地使電子溫度和電子密度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài);一定范圍內(nèi)較小仰角、較低頻率、較大有效輻射功率的電波能使電子密度更快地達(dá)到穩(wěn)定,后兩者也能加快電子溫度達(dá)到穩(wěn)定的過程,電子溫度達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間隨入射電波仰角呈單峰變化,仰角為62°時(shí)達(dá)到最大。北半球冬季和高緯地區(qū)電波加熱引起的電子溫度擾動幅度更大,而夏季和低緯地區(qū)電波加熱引起的電子密度擾動幅度更大。3.基于本文構(gòu)建的高電離層三維加熱模型并利用IRI-2012和NRLMSISE-00經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞峁┑谋尘皡?shù)首先具體模擬并分析了一次加熱過程,之后分析對比了不同參數(shù)入射電波和不同參數(shù)背景電離層條件下加熱效果,結(jié)果表明:電子溫度和電子密度擾動三維結(jié)構(gòu)的各經(jīng)向切面上變化趨勢相同;非均勻背景場中電波軌跡及反射面非對稱,故電子溫度及電子密度擾動結(jié)構(gòu)也非對稱;加熱及冷卻過程電子溫度均將很快達(dá)到穩(wěn)定,而電子密度擾動的發(fā)展將持續(xù)很長時(shí)間。電子溫度和電子密度擾動區(qū)域尺度和峰值高度隨電波頻率增大而增大,且均不隨電波有效輻射功率和波模發(fā)生變化;電子溫度和電子密度變化率峰值隨電波有效輻射功率的增大而增大,隨電波頻率的增大而減小,隨波模變化程度很小。北半球夏季及高緯度地區(qū)電波加熱引起電子溫度和電子密度擾動區(qū)域尺度和峰值高度均大于冬季及低緯度地區(qū);而冬季及低緯度地區(qū)電子溫度和電子密度最大擾動率大于夏季及高緯度地區(qū)。
【學(xué)位單位】：國防科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P352
【部分圖文】：

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文離層加熱模擬二章建立的低電離層加熱模型對幾次不同初始條件的加熱過程進(jìn)行果分析了不同參數(shù)電波及背景電離層條件下加熱引起低電離層電子的差異。離層加熱模擬二章建立的高電離層加熱模型結(jié)合射線追蹤程序?qū)状尾煌跏紬l值模擬，并根據(jù)結(jié)果分析了不同參數(shù)電波及背景電離層條件下加熱度和電子密度擾動的差異。與展望要工作及結(jié)論進(jìn)行闡述，列出了本文的創(chuàng)新點(diǎn)及不足之處，并對下和重點(diǎn)做出規(guī)劃。圖如下：

(a) (b)圖 3. 1 背景場電子溫度(a)及電子密度(b)高度分布3.1.2 數(shù)值模擬及結(jié)果分析取入射電波頻率為 9MHz，有效輻射功率為 200MW 的 O 波模，分別以斜向 45°和90°垂直入射電離層，經(jīng)過 5ms 后電子溫度和數(shù)密度的改變量的對比如圖 3.2 所示。(a) (b)

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文(a) (b)圖 3. 1 背景場電子溫度(a)及電子密度(b)高度分布3.1.2 數(shù)值模擬及結(jié)果分析取入射電波頻率為 9MHz，有效輻射功率為 200MW 的 O 波模，分別以斜向 45°和90°垂直入射電離層，經(jīng)過 5ms 后電子溫度和數(shù)密度的改變量的對比如圖 3.2 所示。
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