基于磁化等离子体非相干散射理论谱的电离层探测系统技术方案

本发明专利技术属于电离层探测技术领域，具体涉及了一种基于磁化等离子体非相干散射理论谱的电离层探测系统，旨在解决现有技术无法在不同条件下精确探测电离层状态的问题。本发明专利技术包括：输入模块获取电离层初始非相干散射理论谱；模型选择指令模块生成模型选择指令；非相干散射理论谱模块预先构建非相干散射理论谱模型，在不同条件下进行模型求解获得各非相干散射理论谱子模型以及基于电离层初始非相干散射理论谱与模型选择指令，通过相应子模型获取电离层雷达回波功率谱；输出模块基于电离层雷达回波功率谱提取电离层状态、运动、结构、扰动信息并输出。本发明专利技术不同电离层条件对应不同子模型，可精确、快速探测不同条件下的电离层信息。

Ionosphere detection system based on the theoretical spectrum of incoherent scattering of magnetized plasma

【技术实现步骤摘要】
基于磁化等离子体非相干散射理论谱的电离层探测系统
本专利技术属于电离层探测
，具体涉及了一种基于磁化等离子体非相干散射理论谱的电离层探测系统。
技术介绍
电离层是高度范围大约在60～100km之间的地球大气区域，由于其中带有大量的自由电子，相当于一个等离子导体，电磁信号在其中传播时会产生相互作用。当信号频率在某个特定频率之下时，会在电离层处被反射；当信号频率在这个特定频率之上时，信号将穿过电离层，同时会受到电离层折射，从而改变传播方向，信号频率越高，传播路径因电离层折射而弯曲程度越小。因此，任何依赖无线电波传送信号进行工作的电子系统，当其信号穿越电离层或在其下部反射传播时，都会受到电离层环境变化的影响。通信系统中与电离层关系最密切的是短波通信。远距离短波通信是靠电离层对短波信号的反射来实现的，最高和最低可用频率取决于电离层电子密度的分布。因而频率预报取决于通信链路上电离层电子密度的预报。电离层的快速变化能导致短波通信信道衰落，强衰落能致通信中断。因此为了保障短波通信的质量，准确获得电离层整个剖面(100-1000km)各参量信息，如电子密度、温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁化等离子体非相干散射理论谱的电离层探测系统，其特征在于，该电离层探测系统包括输入模块、模型选择模块、非相干散射理论谱模块、输出模块；/n所述输入模块用于获取电离层初始非相干散射理论谱并输入至所述模型选择模块、非相干散射理论谱模块；/n所述模型选择模块基于电离层初始非相干散射理论谱所处条件生成对应的子模型选择指令，并将所述子模型选择指令发送至所述非相干散射理论谱模块；/n所述非相干散射理论谱模块预先构建非相干散射理论谱模型，并通过各设定条件下电离层电子或离子的Gordeyev积分对模型求解，获得各条件下非相干散射理论谱子模型；基于所述电离层初始非相干散射理论谱，通过所述子模型选择指...

【技术特征摘要】
1.一种基于磁化等离子体非相干散射理论谱的电离层探测系统，其特征在于，该电离层探测系统包括输入模块、模型选择模块、非相干散射理论谱模块、输出模块；
所述输入模块用于获取电离层初始非相干散射理论谱并输入至所述模型选择模块、非相干散射理论谱模块；
所述模型选择模块基于电离层初始非相干散射理论谱所处条件生成对应的子模型选择指令，并将所述子模型选择指令发送至所述非相干散射理论谱模块；
所述非相干散射理论谱模块预先构建非相干散射理论谱模型，并通过各设定条件下电离层电子或离子的Gordeyev积分对模型求解，获得各条件下非相干散射理论谱子模型；基于所述电离层初始非相干散射理论谱，通过所述子模型选择指令对应的非相干散射理论谱子模型获取电离层雷达回波功率谱；
所述输出模块基于所述电离层雷达回波功率谱提取电离层状态、运动、结构、扰动信息并输出。


2.根据权利要求1所述的基于磁化等离子体非相干散射理论谱的电离层探测系统，其特征在于，“预先构建非相干散射理论谱模型”，其方法为：



其中，代表平衡条件下等离子体中的电子密度波动谱；代表归一化单个自由电子或离子的散射谱，s∈[e，i]，e代表电子，i代表离子；σi代表等离子体离子的广义电导率，σe代表等离子体电子的广义电导率，ω代表雷达发射频率，∈0代表真空中介电常数。


3.根据权利要求2所述的基于磁化等离子体非相干散射理论谱的电离层探测系统，其特征在于，所述电导率σ为：



其中，k＝ω/c代表雷达入射波波矢，c代表光速；为等离子体德拜半径，s代表电子或离子，K为波尔兹曼常数，Ts为等离子体温度；J代表热平衡等离子体中归一化单个自由电子或离子的Gordeyev积分；ω代表雷达发射频率，∈0代表真空中介电常数。


4.根据权利要求2所述的基于磁化等离子体非相干散射理论谱的电离层探测系统，其特征在于，所述归一化单个自由电子或离子的散射谱为：



其中，N0代表等离子体密度；Js(ωs)代表热平衡等离子体中归一化单个自由电子或离子的Gordeyev积分，s∈[e，i]，e代表电子，i代表离子；Re代表取实部。


5.根据权利要求4所述的基于磁化等离子体非相干散射理论谱的电离层探测系统，其特征在于，所述热平衡等离子体中归一化单个自由电子或离子的Gordeyev积分为：



其中，是相应电子或离子在忽略集体相互作用情况下，在τ时间段内位移的特征函数，为归一化无量纲参量；代表雷达坐标系下的各个散射粒子相对于雷达发射频率以及粒子整体平均运动速度的多普勒频率，代表雷达发射频率，K为波尔兹曼常数，T为等离子体温度，m代表粒子质量，θ代表热速度归一化的多普勒频率，代表电子或离子的整体速度，k＝ω/c，代表雷达入射波波矢，c代表光速。


6.根据权利要求5所述的基于磁化等离子体非相干散射理论谱的电离层探测系统，其特征在于，所述电离层电子或离子的Gordeyev积分，其各设定条件包括无碰撞情况的两种条件与有碰撞情况的四种条件：
所述无碰撞情况的两种条件为：
第一无碰撞条件：电离层无磁场、带电粒子与中性粒子无碰撞、带电粒子之间无库伦碰撞，其对应的Gordeyev积分为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵必强，梁宇，万卫星，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11