卫星信号电离层闪烁抑制理论研究

There are frequent ionospheric scintillation events in low and middle latitudes, which seriously affect the radio transmission process of satellite link, resulting in the decline of satellite communication and navigation signal quality and even interrupt. In ionospheric scintillation brewing generated period through to release chemicals in the ionosphere plasma bubble, filled with plasma bubble, change the plasma environmental characteristics, regulating the ionospheric dynamics process, reducing the growth rate of plasma instability and suppressing scintillation events. This project is based on the detection data of the ionospheric scintillation irregularity and the data of foreign ionospheric scintillation suppression test, the theory and method of ionospheric scintillation suppression based on chemical release are carried out. Focus on the change of the plasma environment caused by chemical release, and the influence of quantitative calculation control factors on the growth rate of instability, choose the best time of scintillation suppression, build scintillation inhibit physical model based on chemical release into ionosphere. The research work of this project will lay a solid theoretical foundation for the technology of satellite signal ionospheric scintillation suppression in middle and low latitude area of China.

中低纬地区经常发生的电离层闪烁，严重影响卫星链路的无线电信号传播过程，导致卫星通信导航信号质量下降，甚至中断。在电离层闪烁发生前的酝酿生成期，通过向电离层闪烁“种子因素”的等离子体泡内释放电子密度增强类化学物质，填充等离子体泡，改变等离子体环境特性，调控电离层动力学过程，有可能降低电离层等离子体不稳定性增长率，进而抑制闪烁的发生。本项目基于电离层闪烁不规则体的探测数据和国外电离层闪烁抑制试验数据，开展基于化学物质释放的电离层闪烁抑制理论及方法研究，重点研究化学物质释放对电离层等离子体环境的影响，定量计算各种控制因素改变对不稳定性增长率的贡献，基于定量计算选择闪烁抑制的最佳时机，建立基于化学物质释放的电离层闪烁抑制物理模型。本项目的研究工作，将为我国中低纬地区卫星信号电离层闪烁人工抑制研究奠定坚实理论基础。

我国广东、海南及南海地区，均处在磁赤道异常区的峰值区域，其闪烁出现率和严重程度较磁赤道和极区更为显著，是全球范围内电离层闪烁出现最频繁、影响最严重的地区之一。低纬南海地区的电离层强闪烁，严重影响卫星链路的传播过程，导致卫星通信质量下降甚至中断，导致北斗、GPS等导航卫星接收机失锁，导航定位误差增大，甚至失效。本项目采用理论研究、数值模拟相结合的方法，创新性地提出通过化学物质释放方式，人工改变电离层关键闪烁控制因素，从而实现卫星信号电离层闪烁抑制的理论和方法。主要研究结果包括以下方面：①开展了电离层闪烁不规则体全周期演化过程研究，明确了电离层闪烁物理机制，创新性地提出非相干散射雷达探测和电离层层析成像两种手段配合使用，互为补充，获取电离层闪烁不规则体全周期演化过程的方法。②开展了电离层闪烁关键控制因素定量分析研究，明确了各个控制因素对电离层闪烁触发的贡献；③在电离层化学物质释放理论和闪烁控制因素定量分析研究基础上，建立了基于化学物质释放的电离层闪烁触发物理模型；④基于电离层闪烁抑制理论，完成了电离层闪烁抑制时机和闪烁抑制过程数值模拟研究。通过人工影响电离层闪烁技术的研究，开展人工电离层闪烁抑制、减缓等空间试验，对于解决我国南海地区由于电离层闪烁引起的各类电子信息系统的工作性能故障，具有重要意义。研究电离层等离子体中涉及到的物理和化学过程，为电离层闪烁模型和电离层闪烁预报研究提供了重要的数据支撑，从而为天基/地基电子信息系统运行和应用提供服务保障。