[发明专利]一种电离层水平不均匀结构重构方法

说明书

本发明公开一种电离层水平不均匀结构重构方法，包括如下步骤：（一）建立区域电离层电子浓度网格，在返回散射探测方位上，按照地面距离和高度分别划分网格；（二）准备反演算法的输入，（三）利用频率范围的实测前沿数据进行反演，采用求解非线性问题的Newton‑Kontorovich方法进行迭代求解，（四）接着利用频率进行反演，（五）经过n次反演，最终得到二维电子浓度剖面，即我们的最优反演结果。本发明所公开的电离层水平不均匀结构重构方法，克服了现有技术中的缺点，基于解空间约束的思想，提出了频段递增逐步逼近反演算法，对解空间做出了合理限制。

技术领域

本发明涉及电离层研究及应用领域，尤其涉及一种电离层水平不均匀结构重构方法。

背景技术

高频返回散射探测作为重要的电离层探测手段，能够实现遥远区域电离层空间上的连续监测，探测获取的高频返回散射扫频电离图显示了探测频率-群路径-回波能量三者之间的关系。电离图包含了探测路径上的电离层状态信息，通过对其反演可以实时获取大面积范围的电离层参数。由于电离层的时间聚焦和球形聚焦等效应，电离图上有着较清晰、陡峭的前沿(也称最小群时延)，一般能够准确判读。返回散射前沿除了受电离层电子浓度分布影响之外，几乎不受任何其他因素(如天线波束、地面特性等)的影响。因此，返回散射前沿被广泛用来进行电离层的反演研究。

不少学者已经致力于利用返回散射前沿反演电离层参数的研究，目前反演方法大致可以归纳为如下几类：(1)基于迭代的拟合算法。首先是Rao(1974)利用返回散射电离图前沿任意三组(p′，f)层数据反演准抛物模型的三个参数，随后，Rao(1975)提出了一种利用返回散射电离图离散散射源回波描迹反演电离层参数和散射源地面距离的方法。这两种反演算法都假设电离层球形对称，不考虑地磁场的影响，并且都是反演单层准抛物模型参数。1979年DuBroff将这种反演算法推广到电离层非球形对称的情况，假设了一个简单的梯度电离层模型，反演包括准抛物模型的3个参数及其梯度共6个参数。(2)引入求解不适定问题的理论与方法以解决返回散射电离图反演不稳定性问题。Chuang等(1977)利用地球物理反演中发展起来的BG理论建立了斜向探测和返回散射探测反演模型，并用简单模型的垂测反演结果验证了该方法的有效性。Fridman等(1994)以返回散射发射站处垂直探测得到的电离层电子浓度剖面和返回散射前沿作为输入，利用求解非线性问题的Newton-Kontorovich方法和线性不适定问题的Tikhonov正则化方法，反演电离层电子浓度的二维分布，获得电离层的水平不均匀结构。遗传算法是近些年来发展起来的一种高效的非线性全局优化算法，也有学者利用遗传算法来进行返回散射电离图的反演(谢树果，2005)。宋君等(2011)使用模拟退火方法对返回散射电离图前沿进行了反演，但是该方法只适用于电离层较平稳时期。现有的反演方法一般采用全频段反演的方式，在电离层存在较复杂水平不均匀特性时不能很好地反映电离层电子浓度的变化趋势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种可以如实反映电离层水平方向的不均匀结构的电离层水平不均匀结构重构方法。

本发明采用如下技术方案：

一种电离层水平不均匀结构重构方法，包括如下步骤：