利用电离层扰动探测空间目标方法研究

摘要

随着空间科学的不断发展，地球周围的临近空间在军事以及人类活动中占据了不可忽视的地位，特别对于未知空间目标的探测与预警更是重中之重。本论文以临近空间中非常重要的地球电离层为背景，以空间目标与电离层的相互作用以及雷达电磁波在电离层等离子体的传播为理论基础，利用电离层观测数据以及雷达电磁波回波信号功率对空间目标造成的电离层扰动进行分析从而达到探测空间目标的目的。本论文主要工作分为四个部分： 1.研究了空间目标在电离层中运动产生的电离层扰动。主要阐述了火箭发射过程中排放的尾气造成的电离层电子损耗的原理以及空间目标再入过程中等离子体鞘层的产生过程及其特性，并加以数值仿真分析。 2.研究了利用地基GPS实时观测电离层总电子含量(TotalElectronContent,TEC)的原理以及TEC反演方法。地基GPS监测电离层TEC是一种非常方便实用的方法，通过GPS原始观测数据解算出电离层TEC被广泛用在分析电离层扰动中，设计MATLAB程序，利用IGS发布的原始观测数据可以反演出电离层TEC和卫星硬件延迟(DifferentialCodeBiases,DCB),并与欧洲定轨中心（CenterforOrbitDeterminationinEurope,CODE)数据对比，得出误差在可接受范围之内。 3.研究了非相干散射雷达监测电离层原理以及实例分析。非相干散射雷达是电离层监测中最有力的一种方法，通过分析其散射信号回波功率来获取电离层电子密度。选取了曲靖非相干散射雷达数据，进一步绘制出散射信号回波功率剖面图以及电子密度剖面图，对比发现散射信号回波功率与电离层电子密度在髙度上有着很高的一致性。最后利用海南甚高频（VeryHighFrequency,VHF)散射雷达以及海南数字测高仪对电离层不均匀体探测进行了分析。 4.结合实际火箭发射过程，利用GPS观测数据反演出电离层TEC并与前一天的数据进行对比，发现火箭发射后6至7分钟后电离层TEC开始衰减，衰减持续时间达一小时甚至更久。

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