多基地系统诊断电离层不均匀体研究

电离层不均匀体的诊断研究对于电离层空间天气研究、空间电子信息对抗、短波通讯自适应选频技术应用、地震电离层前兆监测等理论研究和工程应用具有重要意义。申请计划建立一个由斜向返回探测和斜向探测仪组成的多基地电离层探测网络来从不同角度全方位诊断电离层不均匀体。电离层探测设备为自行研制的电离层斜向返回探测系统和斜测接收机，设备体积小，使用速架天线，适合机动布站。由于探测设备间使用GPS实现频率和时间同步，使得安置在不同位置的电离层探测系统能够协同工作，且不同站点记录的探测数据是相干的。可以利用此多基地探测网络从不同入射角度探测得到的电离图，估计回波的时延、幅度、多普勒频率和相位参数，提取最大可用频率、反射高度、传播模式和不均匀体尺度等信息，利用数据间的相干性分析得到相对延迟和不均匀体运动速度矢量。最后综合获取的参数和信息对电离层不均匀体的产生机制和物理过程进行细致入微的分析研究。

在2011至2013年间，申请人完成了申请中提交的所有内容，解决了预计的关键问题。我们在湖北省、山西省、海南省和我国西南地区建立了多个多基地电离层探测网络，并成功开展了观测实验。在数据分析上，完成了短波段干扰的消除和回波判别的方法；实现了垂测和斜测电离图自动判读获得临频和虚高等信息；研究得到了高频定频探测回波多普勒频移和展宽计算和显示的程序；在数据处理方面研究获得一整套完整的有关相关、消噪、参数提取、时频变换和统计分析的数据处理和分析方法。最重要的是我们利用这样一个独特的探测网络进行了大量的电离层现象的观测，通过分析其探测数据理清了现象背后的物理机制。主要的研究成果为：.1. 将斜测电离图的描迹转化为垂测描迹，基于此获得电离层的F2层的临频（foF2）、虚高（h'F2）以及电子浓度剖面；.2. 多基地探测网络数据的研究表明在中纬地区电离层foF2参数响应日食的延迟时间随纬度升高而减小，这是由随纬度升高而降低的电离层虚高造成；.3. 多基地探测网络发现日食造成的大气重力波不但调制了Es层的电子浓度，还引起Es层反射面的倾斜，倾斜面的波动也是呈周期变化的；.4. 通过分析2010年1月15日日食期间的实测数据提出黄昏时段的日食可能引起夜间电离层电子浓度突增；. 基于三年来的研究成果，发表了SCI文章13篇，EI文章13，其他文章2篇，培养博士研究生14名，硕士研究生17名。