一种重力波-电离层扰动观测方法、系统、设备及终端技术方案

本发明专利技术属于高频雷达电离层遥感技术领域，公开了一种重力波

【技术实现步骤摘要】
一种重力波
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电离层扰动观测方法、系统、设备及终端


[0001]本专利技术属于高频雷达电离层遥感
，尤其涉及一种重力波
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电离层扰动观测方法、系统、设备及终端。

技术介绍

[0002]电离层扰动(Ionospheric Disturbance)是指电离层结构偏离其常规形态的急剧变化过程。电离源的突变、不稳定的磁流动力过程、非平衡态动力学过程和某些人为因素(如利用电磁波对电离层进行加热或核爆炸试验)等都会造成不同形式的电离层扰动。电离源突变指的是太阳活动变化对电离层造成的扰动，太阳活动突变同样也会导致不稳定的磁流动力过程，从而造成电离层扰动。非平衡态动力学过程造成的电离层扰动是指低层大气活动对电离层造成的扰动。电离层不仅受到太阳及地磁活动的影响，低层大气活动同样是电离层扰动的重要来源。低层大气活动产生的能量能够通过大气波动、大气环流以及改变电场等方式影响电离层的行为。大量观测及模拟结果等表明大气活动产生的能量能够向上传播达到电离层高度，电离层与低层大气的耦合研究一直是电离层研究的重要方向。低层大气活动主要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重力波
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电离层扰动观测方法，其特征在于，所述重力波
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电离层扰动观测方法包括：建立重力波背景下高频地波雷达电离层回波多普勒数学模型；在现有对海探测雷达基础上构建电离层回波获取高频地波超视距雷达，进而获取台风期间电离层回波信号；从高频地波超视距雷达回波中提取电离层回波信号；利用获得的电离层回波信号构建电离层回波信号时间
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多普勒谱，确定重力波存在的时间与距离门；从电离层回波信号时间
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多普勒谱中提取重力波周期及水平尺度参数，从而实现HFSWR重力波
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电离层扰动观测。2.如权利要求1所述重力波
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电离层扰动观测方法，其特征在于，所述重力波
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电离层扰动观测方法包括以下步骤：步骤一，建立重力波背景下高频地波雷达电离层回波多普勒数学模型；步骤二，构建电离层回波获取高频地波超视距雷达；步骤三，从高频地波超视距雷达回波中提取电离层回波信号；步骤四，构建电离层回波信号时间
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多普勒谱；步骤五，进行重力波周期及水平尺度基本参数的反演。3.如权利要求2所述重力波
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电离层扰动观测方法，其特征在于，所述步骤一中的建立重力波背景下高频地波雷达电离层回波多普勒数学模型包括：推导重力波引发的电离层电子浓度扰动，所述重力波包括外波和内波两种形式；其中，所述重力外波只能在两种介质交界面水平方向传播，而不能在垂直方向传播，而重力内波在介质内传播；大气重力波产生电离层扰动的物理过程为：重力波在传播过程中，在大气中性粒子密度、压强和速度中引入扰动，中性粒子与电离层中带电粒子的碰撞，导致电子浓度的变化，最终引发TIDs；所述电离层扰动建模包括：(1)当电离层处于平稳状态，电离层中带电粒子运动驱动力来自地球磁场，离子运动方向与地球磁力线同向，受大气粘滞和碰撞效应的影响，平稳电离层中离子运动速度为大气中性粒子速度V在地磁线方向上的投影，且满足：其中，V
i
代表离子运动速度矢量，V代表中性粒子运动速度矢量，B地磁场磁力线方向矢量，受磁倾角和磁偏角影响；电子浓度N满足：N＝N0(z)+N
′
(r,t)；其中，N0代表电离层扰动前电子浓度，z代表高度，N
′
(r,t)代表电离层扰动后变化部分；中低层大气重力波传播到电离层中造成电子浓度波动，中性气体粒子与电离层离子碰撞产生电子浓度扰动有：其中，ψ代表相位，满足：
其中，ω代表重力波角频率，k代表重力波扰动相位矢量，|N
′
|代表电子浓度扰动幅度，满足：(2)计算HFSWR回波信号多普勒频移；电离层反射高频电磁波信号，反射电磁波信号的频率与电子浓度有关，不同频率的电磁波反射点高度不同，该由于反射点高度变化所产生的多普勒频移满足：其中，f0代表雷达发射高频电波频率，c为光速，P为相路径，θ0为雷达电磁波入射角，h
r
为电磁波反射点高度，μ为折射指数；折射指数μ满足：带入所述折射指数μ的表达式，得到：多普勒频移只与电子浓度扰动有关，则HFSWR重力波背景下电离层回波多普勒频移数学模型表达式为：其中，N
′
由公式计算得到，不同重力波周期对于电离层回波多普勒频移影响较大。4.如权利要求2所述重力波
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电离层扰动观测方法，其特征在于，所述步骤二中的构建电离层回波获取高频地波超视距雷达包括：在现有的海洋信息获取高频地波超视距雷达装置上增加垂直于接收海洋信息天线阵的接收天线，以接收电离层信息，构成准L型阵列；所述L型阵列用于接收到海面方向的海洋回波，并接收来自俯仰方向上的电离层回波，兼顾海浪回波和电离层回波的同时探测；在高频地波超视距雷达基础上增加电离层垂测仪，用于监测高频地波雷达站天顶方向上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕哲，于长军，王霖玮，刘爱军，权太范，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：