基于地面电波探测的电离层剖面重构和异常分布研究

摘要

本文是按照电离层探测，数据处理和模型建立的顺序来论述的，在此基础之上讨论了电离层的结构变化。阐述了电离层的垂直和斜向探测方法原理，并利用射线追踪的方法合成了斜向探测电离图。通过SAO软件得到了电离层重要物理参量如F2层的临界频率和最大电子密度等。应用POLAN程序和Kriging差值方法得到了电离层剖面。应用人工神经网络方法对准抛物电离层模型进行了重构。应用射线追踪方法对几种典型的电离层结构变化进行了分析，讨论了电离层结构对射线路径的影响。以汶川地震前电离层异常为例，应用Dst、Ap指数排除了太阳和地磁活动异常。分别从最大电子密度的区域异常，F2层临界频率区域异常和“等效太阳黑子数”区域异常的角度分析了地震前电离层的异常特征。并把地震前电离层的异常和地磁活动电离层异常进行了分析比较。结果说明地震前电离层异常的区域范围小于地磁活动引起的电离层异常区域范围。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究历史与现状

1.3 本文的主要内容

第二章 电离层地面电波探测

2.1 探测的理论基础

2.1.1 等离子体的电磁性质

2.1.2 色散关系-A-H公式

2.2 垂直入射探测

2.2.1 垂直探测理论基础

2.2.2 电离图真高问题

2.3 斜向探测

2.3.1 斜向传播和垂直传播的关系

2.3.2 平面抛物层和球面分层电离层斜向传播

2.3.3 斜测电离图

2.4 本章小结

第三章 电离层探测数据分析方法

3.1 引言

3.2 应用SAO软件判读频高图

3.2.1 数据格式转化

3.2.2 频高图的分析

3.3 基于POLAN程序的数据分析

3.3.1 POLAN程序的一般特征

3.3.2 标准的分析模式

3.3.3 数据处理结果曲线拟合

3.4 基于kriging方法的数据分析

3.4.1 kriging方法的形成与发展

3.4.2 kriging方法原理

3.4.3 kriging方法应用示例

3.5 本章小结

第四章 神经网络方法重构电离层剖面

4.1 引言

4.2 BP神经网络的基本原理

4.3 射线追踪方法获取重构参数

4.3.1 QP电离层模型

4.3.2 QP模型的射线追踪

4.4 QP模型剖面神经网络重构

4.5 本章小结

第五章 基于地基探测电离层非均匀结构及异常变化

5.1 电离层常见的几种变化

5.1.1 电离层随地磁纬度的变化

5.1.2 典型非均匀结构举例

5.2 射线追踪方法分析电离层

5.2.1 变步长射线追踪原理

5.2.2 电离层结构对射线路径的影响

5.3 汶川地震前电离层异常

5.3.1 地震电离层异常研究进展

5.3.2 foF2和电子密度的时间异常

5.3.3 foF2和电子密度区域异常

5.3.4 应用等效太阳黑子数分析电离层异常

5.4 本章小结

结束语

致谢

参考文献

研究成果