我要投搞

标签云

收藏小站

爱尚经典语录、名言、句子、散文、日志、唯美图片

当前位置:欢乐棋牌下载手机版 > 非电离层 >

电离层变化规律及其对电波传播影响分析

归档日期:07-12       文本归类:非电离层      文章编辑:爱尚语录

  AirForce Early Warning Academy Vol.30 No.4 Aug. 2016 收稿日期:2016-04-11 作者简介:陈阳晔(1965-) ,男,副教授,主要从事雷达兵战术教学与研究. 电离层变化规律及其对电波传播影响分析 要:为研究电离层变化规律及其对电波传播的影响,采用数据统计方法,对与电波传播密切相关的电离层特征参数之一的临界频率进行了统计分析.统计分析表明:日出、日落电离层临界频率变化迅速,白天电离层 各层临界频率相对稳定,夜间只有F2层,其他各层消失;夏季E层和F1层临界频率高于其它季节,冬季最低,Es 在夏季出现的概率高;从太阳活动的低年到太阳活动的高年,临界频率的年平均值逐年增加.这为依赖于天波传播的通信和雷达等装备的工作参数选择及装备使用效率的提升提供了参考. 关键词:电离层;临界频率;电波传播 中图分类号:P352 文献标识码:A 文章编号:2095-5839(2016)04-0258-04 电离层是由于太阳高能电磁辐射、宇宙射 线和沉降粒子作用于地球高层大气,使大气分子 发生电离,产生大量的自由电子、离子和中性分 子,而构成的能量很低的准中性等离子体区域 离层的研究,主要是利用GPS数据或者是利用卫 星观测的数据建立模型来分析电离层变化的规 [3-5],还有采取人工发射电磁波的方法研究电 离层的变化规律 .由于电离层变化非常复杂,且受地理位置的影响,某些装备,特别是依赖天 波传播的通信和雷达装备,既需要实时测量电离 层的变化状态,还需要指挥、操作人员预测电离 层的变化状态,以便正确地选择装备的工作参 数.本文利用某天波雷达收集了大量电离层数 据,采用统计的方法,分析电离层变化规律及对 电波传播的影响,为建立电波传播频率预测机 制、更好使用雷达装备提供依据. 电离层变化数据统计电离层按电子浓度的高度变化分为D(60~ 90 km)、E(90~140 km)、F(

  140 km) 层,其中D 最低层,也称为吸收层,F层是短波的主要反射 层.电离层既有日变化、季节变化、太阳周期变 化和地理位置变化等规则性变化,还存在突发E 层(Es 层)、扩展F 层、电离层行波式扰动、突然电 离层骚扰等不规则变化 .由于电离层结构复杂,变化速度快、周期长,因此,分析电离层变化 需要大量的统计数据. 与电波传播密切相关的电离层特征参数主 要有临界频率、电子浓度、电子总含量和平均厚 度等,其中,电离层临界频率是指电离层中某层 能够垂直反射无线电波的最高频率,可通过垂直 探测设备测量得到,而其他参数目前无法直接测 量得到.电离层最大电子浓度与电离层临界频 率的平方成正比,电离层临界频率的变化规律能 够正确反映电离层的变化规律 为了掌握电离层变化情况,选取雷达装备自带的某垂直电离层监测站的监测数据.该垂 直电离层监测站以15 分钟为周期对电离层进行 垂直探测,每个周期形成1 幅垂直探测电离图. 统计的时间跨度为2009 月31日,相当于太阳活动的半个周期.在获取 的垂直探测电离图上,读取E、Es、F1、F2 层临界 频率的数据,分别绘出E、Es、F1、F2 层的临界频 率月中值、季变化、年变化曲线. 电离层变化规律通过对电离层各层临界频率月中值、季中 值、年平均值曲线的分析,可以得出电离层日变 化、季节变化、年变化的一些规律.为了分析问 题方便,将1 天分为日出(05:00~09:00)、白天(09: 00~17:00)、日落(17:00~21:00)、夜间(21:00~05: 00) 月)、秋(8~10月)、冬(11 月~次年1 2.1日变化规律 以2009 月统计的数据为例,各层的日变化规律如图1 所示.由图1 可知:E 层临界频 率的日变化曲线与太阳天顶角的变化相同,日出 DOI: 10.3969/j.issn.2095-5839.2016.04.006 陈阳晔,等:电离层变化规律及其对电波传播影响分析259 时快速上升,日落时快速下降,白天在2~4 MHz 之间,夜间基本保持不变,大约在0.4~0.6 MHz. Es 层临界频率白天高,夜间低,日出时迅速上 升,日落时迅速下降.F1 层临界频率的日变 化曲线与太阳天顶角的变化相同, 白天在2~4.5 MHz 之间,该电离层日出时迅速出现,日落时迅 速消失.F2 层临界频率白天高,日出时 时刻 1012 月各层的临界频率月中值曲线逐渐上升,日落时逐渐下降;夜间低,夜间一般低 于4MHz,04:00~05:30 达到最低. 2.2 季变化规律 以2013 年统计的数据为例,各层的季变化 规律如图2 所示.由图2 可知:E 层临界频率 在夏季最高,冬季最低,春秋两季相差不大;Es 层不是时刻都存在,具有很强的季节性.Es 春季夏季 秋季 冬季 春季夏季 秋季 冬季 春季夏季 秋季 冬季 1012 14 16 春季夏季 秋季 冬季 2013年各层的临界频率季变化曲线 临界频率和出现概率在夏季明显高于其他3 季节,秋季次之,春、秋和冬季最低.F1 界频率从大到小依次是夏季、春季、秋季和冬季.对F2 层,日出,05:00~07:00 时间段,F2 临界频率在夏季最高,春、秋季次之,冬季相对较低.白天,在11:00~16:00 时间段,春季最高, 冬季次之,夏、秋两季相对较低.日落,春、夏两 季较秋冬两季高.夜间,夏季最高,春、秋两季 次之,冬季相对较低.夏季由于阳光直射中纬度 地区,加上季节性气流的影响,造成夏季F2 .统计的数据中,2011年冬季F2 层临界频率 最高,属于冬季异常. 2.3 年变化规律 太阳活动具有11 年左右的周期变化特征. 太阳黑子数高的年份称为高年,低的年份称为低 年,从太阳黑子数的变化可以看出太阳活动的周 期性变化.人类已经有23 个太阳活动周的完整 记录,第24 个太阳活动周起始于2008 年12 2009年—2013 年是太阳活动从低年到高年的变 化过程.图3 给出2009年—2013 年各层 的临界频率年变化情况. 可知:E层临界频率年平均 值变化不明显.Es 层临界频率年平均值除 2009 年低以外,其他年份变化并不明显.F1 层临界频率从2009 年到2012 年逐年增加,2013 年较2012 年略有降低,这与太阳黑子数变化是一 时刻 2009年2010年 2011年 2012年 2013年 2009年2010年 2011年 2012年 2013年 层和Es层的临界频率年变化曲线年 2011年 2012年 2013年 F1层和F2 层的临界频率年变化曲线 层临界频率从太阳活动低年到太 阳活动高年是逐年增大的.F2 层临界频率也 是逐年增加,在太阳活动的低年2009 年与2010 年相差不大,在太阳活动的高年2012 年与2013 年相差不大. 电离层变化对电波传播的影响对依赖于电离层传播的天波传播的通信和 雷达等装备,工作频率与电离层相对应,且与电 离层临界频率有关.电离层临界频率越高,可选 用的工作频率也就越高 [10-11] .在电波入射角一 定的情况下,工作频率和可利用的电离层决定了 电波传播的距离.如在同一电离层上,工作频率 愈高,电波传播的距离愈远.如工作频率相同, 可利用的电离层愈高,电波传播的距离愈远. 电离层环境的好坏直接影响天波雷达工作 参数的选择及雷达的探测效能.通过对电离层 各层临界频率月中值、季中值、年平均值的数据 统计分析,不难发现电离层各层的变化对天波雷 达的影响.日出时,利用E 、F1 F2层反射 的电波,可用工作频率迅速增加,电波传播的距 离也迅速增加.白天可用工作频率达到最大, 且基本稳定,因此,电波传播的距离较远;但由 于白天( 特别是夏季白天) 出现 Es 层的概率较 高,一旦有Es 层出现,且Es 层较强,就有可能发 生Es 层遮蔽,电波传播距离反而最近.日落 陈阳晔,等:电离层变化规律及其对电波传播影响分析261 时,E、Es、F1 层消失,可用工作频率迅速减小, F2 层可用工作频率逐渐降低,电波传播的距离 降低.夜间,一般只有F2 层存在,虽然工作频 率比白天要低,但由于是通过F2 层反射,电波传 播的距离反而大;但是,太阳活动低年夏季夜间 出现Es 层遮蔽的概率大,电波传播距离近.在 大部分的时段,夏季各层的临界频率最高、冬季 最小,因此,夏季可用的工作频率最高、冬季最 小.从2010 年到2012 年电离层临界频率逐年升 高,可用工作频率也是逐年增加. 针对天波雷达受电离层变化影响较大的实 际,及时预测雷达的工作频率及雷达的探测距 离,科学制定雷达探测方案预案,合理调整雷达 探测波位,最大限度地减少资源浪费,对提高探 测监视的针对性、充分发挥天波雷达作战效能具 有重要的现实意义. 结论由于电离层的变化与太阳的黑子数的活动 周期有关,本文统计的数据只有半个太阳黑子活 动周期,因此,下一步还需要进一步统计电离层 变化的数据,至少要达到1 个太阳黑子数活动周 期的电离层变化的数据,从而为研究电离层的变 化规律提供足够的数据支撑. 参考文献: 焦培南,张忠志.雷达环境与电波传播特性[M].北京:电子工业出版社,2007:246. 周文瑜,焦培南.超视距雷达技术[M].北京:电子工业出版社,2008:276. 袁运斌,欧吉坤.利用GPS研究电离层延迟及电子浓度变化规律[J].全球定位系统,2001,26(1):19-21. 卢立,李平.利用GIM和IRI模型比较分析宜昌地区电离 层变化规律[J].城市勘测,2011(2):71-74. 张双成,涂锐,张勤,等.电离层二阶项模型的构成及变化规律分析研究[J].测绘学报,2011(1):105-110. 辛国亮,海阿静.低功率电离层垂直探测[J].科技资讯,2015(19):83-85. 刘立波,万卫星,陈一定,等.电离层与太阳活动性关系[J].科学通报,2011,56(7):477-487. 刘瑞源,王建平,武业文,等.用于中国地区电离层总电子含量短期预报方法[J].电波科学学报,2011,26(1):18-24. 孟范伟,郭英,刘振.电离层异常原因分析与建模[J].测绘与空间地理信息,2014,37(1):215-218. [10] 陶艳清.浅谈电离层对短波的影响[J].电子技术与软件 工程,2015(12):1544. [11] 庄乾波.短波通信的频率预测方法[J].中国新通信,2015 (1):19. Analysis changelaw itsinfluence EMwave propagation CHENYangye CHENErbing GAOXiaohong ZHOURuxun (1.AirForce Early Warning Academy, Wuhan 430019, China;2.No.95980 Unit, PLA,Xiangyang 441021, China) Abstract:In order changelaw itsinfluence EMwave propagation, papermakes statisticalanalysis criticalfrequency, one ionospherecharacteristic parameters related closely EMpropagation, using datastatistical method. Statistical analysis indicate ionospherecritical frequency changes rapidly criticalfrequency eachlayer relativelyunchanged daytime,only F2 layer lies nightwhile other layers disappear; criticalfrequencies F1layers higherthan those otherseasons, criticalone lowestwhile Eslayer occurs highprobability; yearlymean criticalfrequency, from lowsolar activity year fullsolar activity year, increasingyear findingscan operatingparameters otherequipment relying skywave propagation, equipment’sservice efficiency. Key words:ionosphere;critical frequency;EMwave propagation

本文链接:http://halomarie.com/feidianliceng/227.html