本文關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)紫外遙感電離層關(guān)鍵參量的反演技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京理工大學(xué)》 2015年

遠(yuǎn)紫外遙感電離層關(guān)鍵參量的反演技術(shù)研究

王靜  

【摘要】：利用星載成像光譜儀對地球遠(yuǎn)紫外（120~180nm）氣輝輻射進(jìn)行全球遙感觀測可以掌握電離層中重要參量、主要物質(zhì)成分的含量和變化規(guī)律，包括電離層氧氮比（Column Density of Atomic Oxygen and Molecular Nitrogen，O/N2）、電子密度剖面（Electron Density Profile，EDP）與總電子含量（Total Electron Content，TEC）等。由星載遠(yuǎn)紫外成像光譜儀觀測數(shù)據(jù)獲得電離層參量的反演技術(shù)是目前備受關(guān)注且亟需解決的問題之一。本課題圍繞“由星載遠(yuǎn)紫外成像光譜數(shù)據(jù)獲取電離層環(huán)境參量”這一科學(xué)問題展開研究，為未來我國實現(xiàn)地球上層大氣和電離層“空間天氣”的連續(xù)監(jiān)測和預(yù)報提供支撐。 首先，闡述紫外氣輝輻射的產(chǎn)生機制，推導(dǎo)給定觀測方向上氣輝輻射強度方程，在大氣紫外輻射傳輸模型的基礎(chǔ)上，分析太陽參考譜和O2光吸收橫截面對天底和臨邊氣輝輻射強度的影響，提出利用載荷觀測的太陽觀測光譜對仿真氣輝輻射強度進(jìn)行修正的方法，解決大氣紫外傳輸模型仿真強度的準(zhǔn)確性問題，為從遠(yuǎn)紫外氣輝中提取熱層和電離層成分及其隨外部能量輸入響應(yīng)信息奠定基礎(chǔ)。 然后，基于大氣紫外輻射傳輸模型，開展由天底掃描氧原子130.4nm日氣輝輻射強度推斷熱層O/N2的反演方法研究。以全球紫外成像儀（Global Ultraviolet Imager，GUVI）的成像幾何結(jié)構(gòu)為例，推導(dǎo)衛(wèi)星觀測角和太陽天頂角的計算過程，建立氧原子130.4nm日氣輝輻射強度與熱層O/N2間的理論模型，并利用HSV顏色—空間直方圖相交匹配方法對遠(yuǎn)紫外遙感O/N2反演結(jié)果進(jìn)行評價。結(jié)果表明，氧原子130.4nm日氣輝輻射非常適合用于熱層O/N2的遙感監(jiān)測，可大大降低研制電離層遙感星載遠(yuǎn)紫外成像光譜儀的技術(shù)難度。 之后，利用全球紫外成像儀臨邊觀測的氧原子135.6nm夜氣輝輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行電離層電子密度剖面反演技術(shù)研究。文中建立臨邊掃描觀測模型，從輻射度學(xué)的角度推導(dǎo)投影系數(shù)矩陣的計算過程，采用正則化與牛頓迭代法相結(jié)合的方法，計算得到自由形式電離層電子密度剖面EDP；將自由形式電離層電子密度的峰值高度和峰值電子密度與Chapman型表達(dá)式相結(jié)合，得到Chapman擬合電子密度剖面，并將其與地基觀測數(shù)據(jù)及全解析型電離層模型（Full Analytic Ionosphere Model，F(xiàn)AIM）進(jìn)行比較，驗證反演算法的有效性。 最后，開展由天底掃描氧原子135.6nm夜氣輝輻射強度推斷電離層總電子含量TEC的反演方法研究。推導(dǎo)天底掃描氧原子135.6nm夜氣輝觀測值與電離層TEC之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，提出基于大氣紫外輻射傳輸模型對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正的方法，為利用遠(yuǎn)紫外成像光譜儀天底掃描氧原子135.6nm夜氣輝輻射監(jiān)測電離層TEC變化情況提供理論依據(jù)。文中，采用三種方法由GUVI天底和臨邊掃描氧原子夜氣輝輻射觀測值反演得到電離層TEC，并通過鄰近插值法由歐洲定軌中心（Center for OrbitDetermination in Europe，CODE）數(shù)據(jù)得到近時空分布的TEC對反演得到的電離層TEC進(jìn)行評價。 本文針對星載遠(yuǎn)紫外成像光譜儀天底和臨邊兩種掃描方式，在國內(nèi)率先開展由星載成像光譜儀遙感觀測數(shù)據(jù)反演電離層O/N2、EDP和TEC的方法研究，完成了反演過程中涉及重要參數(shù)的推導(dǎo)計算，，為未來我國發(fā)展該項技術(shù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P407;P352.7
【目錄】：

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5 馮越;電離層對星載SAR性能影響[D];中國科學(xué)院研究生院（電子學(xué)研究所）;2003年

6 尚超;高頻天地波雷達(dá)電離層相徑擾動建模及抑制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

7 李曉娜;電離層電子含量的預(yù)報[D];揚州大學(xué);2013年

8 蘇洋;南北極電離層F層觀測與國際參考電離層對比研究[D];西安電子科技大學(xué);2009年

9 丁桂元;電離層頻高圖數(shù)據(jù)實時發(fā)布系統(tǒng)的研究[D];中南民族大學(xué);2013年

10 顧海明;地球電離層波導(dǎo)系統(tǒng)中電磁波傳播建模與仿真[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)紫外遙感電離層關(guān)鍵參量的反演技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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