天基电离层探测体系与电离层闪烁预报模型研究

天基电离层探测体系与电离层闪烁预报模型研究随着我国卫星通信、雷达、北斗卫星导航等系统的发展与应用,对全球电离层探测与中国区域电离层闪烁预报预警能力需求日益迫切,然而国内面向工程业务应用的大区域电离层闪烁发生概率预报模型研究还比较薄弱,因此,研究全球电离层探测体系,以实现天基电离层探测,积累全球电离层观测数据,进而建立电离层闪烁中长期概率预报模型,将具有非常重要的研究意义以及应用价值。基于该考虑,本论文着重于从三个方面开展了相关研究：(1)天基电离层探测体系研究。(2)天基电离层载荷测试与数据处理技术研究。(3)电离层闪烁发生概率中长期预报模型及应用研究。首先对天基电离层探测体系论证设计方法进行了一些有益的探索与尝试。第二章中分析了天基电离层探测需求；对天基电离层探测任务论证过程进行分析与探索,可为我国天基电离层探测系统研究与建设提供一点思路。第三章,研究分析了天基三频信标电离层载荷测试技术,以及其它几种载荷的电离层数据处理技术。基于地空无线电链路的电离层探测载荷性能的测试检验是一个有待解决的问题。提出的三频信标测量系统半实物半模拟测试验证方法是一种可行的技术解决方案。此外,也验证了基于星载DORIS接收机观测数据的电离层TEC反演算法,并分析了其精度。最后是整个研究工作重点,针对国内外电离层闪烁预报研究与应用核心技术之一,基于国内现有观测数据,开展中国低纬地区电离层闪烁发生概率中长期预报模型研究工作,并获得了几个新发现。(1)分析了中国低纬地区电离层不均匀体的功率谱指数的统计特性。发现年平均谱指数p随时间存在规律变化,呈双峰变化趋势,最高峰位于午夜前22点至23点左右,午夜后下降至谷底,随后谱指数再次上升,在午夜后2点左右存在第二个谱指数p峰值。发现春分季节平均谱指数呈单高斯函数结构,而秋季谱指数则呈现双高斯函数结构,秋季午夜后电离层不均匀体结构谱指数存在更大峰值。首次利用有理数函数对海口站UHF频段年平均谱指数p进行数学建模。此外,整个谱指数概率密度分布更符合Nakagami-m分布。最后利用UHF频段信号强度功率谱时序图分析方法,发现电离层不均匀体在水平方向存在周期性变化结构。(2)电离层闪烁发生概率在春分与秋分最大,但两者之间存在不对称性,即春分左右发生概率高于秋分左右发生概率。首次利用了海口站、广州站和昆明站的电离层垂测仪foF2观测数据研究分析了电离层闪烁发生概率春秋分不对称性的主要控制要素。发现秋分月份(9月和10月)在20：OOLT时刻的两个月的月平均foF2的均值与春分月份(3月和4月)的月平均foF2中最大值之比正比于秋分月份和春分月份电离层闪烁最大发生概率之比,该值可作为中国低纬地区UHF频段电离层闪烁发生概率春秋分不对称性的重要量化指数,同时也可作为建模控制要素来表征春秋分电离层闪烁发生概率不对称性。最后,以电离层闪烁发生机理为依据,在电离层闪烁发生概率随时间、地点、季节、地磁活动和太阳活动等变化的统计规律基础上,初步建立了中国低纬地区电离层闪烁发生概率预报模型(CMSOP),该模型可依据用户需