[发明专利]一种电离层高度的反演方法

说明书

本公开提供了一种电离层高度的反演方法，观测子站获取闪电放电事件的特征参数并将特征参数实时发送给中心站；中心站接收各观测子站发送的特征参数，基于特征参数解算出闪电源的位置；中心站接收各观测子站发送的特征参数，基于特征参数判断出闪电的类型；中心站根据闪电源的位置和和闪电的类型，反演出电离层高度。

技术领域

本公开涉及气象-闪电技术领域，尤其涉及一种电离层高度的反演方法。

背景技术

地球电离层D层通常是指距离地面50km-90km高度的大气等离子体层。D层电子浓度较低，中性粒子丰富，对电磁波中短波有强烈的吸收作用，反射波段主要集中在100kHz以下。该层不仅受到来自空间太阳活动以及宇宙射线的调制，还受到来自地球近地面的各种自然(比如雷暴放电，自然地震)和人类活动(比如无线电发射)的扰动影响，其物理特性时空变化特征是空间物理学科的重要研究内容之一。由于电离层严重影响无线电通信，因此现代生产、生活活动的正常开展也需要对电离层进行监测与预报。

经典的电离层测高仪实质上是一台短波脉冲雷达，通常由发射机、接收机、天线、频率合成器、显示记录器、程序控制器等组成。其工作频率可在整个短波波段的频率范围(0.5～30兆赫)内连续改变。电离层测高仪进行探测时，测高仪从地面垂直向上发射脉冲调制的高频无线电波，并在同一地点接收它的反射信号，测量出频率连续改变的电波来回传播的时间(称为时延)，从而获得反射高度与频率的关系曲线，这种曲线称为频高图或垂测电离图，从而获得电离层电子密度的高度分布。

公开内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本公开提供了一种电离层高度的反演方法。该方法基于自然界发生的闪电信息，利用固定安装在地面的VLF/LF闪电探测网络，所探测、识别、定位到的闪电资料，可实现白天电离层D层及夜间电离层E层高度的广域反演。

(二)技术方案

本公开提供了一种电离层高度的反演方法，包括以下步骤：步骤S1：观测子站获取闪电放电事件的特征参数并将特征参数实时发送给中心站；步骤S2：中心站接收各观测子站发送的特征参数，基于特征参数解算出闪电源的位置；步骤S3：中心站接收各观测子站发送的特征参数，基于特征参数判断出闪电的类型；步骤S4：中心站根据闪电源的位置和和闪电的类型，反演出所述闪电源对应的电离层高度。

在本公开的一些实施例中，在步骤S3中，中心站分析闪电波形的时域特征参数，分别对不同的时域特征参数值取不同的权重，确认闪电的类型。

在本公开的一些实施例中，时域特征参数包括部分或全部以下参数：脉冲的上升时间、初始峰宽度、初始峰半宽、脉冲的下降时间、拐点、波形持续时间、峰值频率、前向信噪比、后向信噪比。

在本公开的一些实施例中，在步骤S4中，联立下述方程组，计算出所述闪电源对应的电离层高度H：

其中，t_a为S1与S2路径的时间差，t_b为S1与S3路径的时间差，S1为所述闪电源与观测子站之间的直线路径长度，S2为所述闪电源经电离层反射至观测子站的路径长度，S3为所述闪电源向下经地面反射、再经电离层反射至观测子站的路径长度，h为所述闪电源的高度，根据闪电类型确定；r为所述闪电源与另一闪电源的距离。

在本公开的一些实施例中，对于地闪，所述闪电源的高度h取1km；对于云闪，所述闪电源的高度h取6km；对于正极性NPE，所述闪电源的高度h取9.9km；对于负极性NPE，所述闪电源的高度h取16km。

在本公开的一些实施例中，步骤S1具体包括：各观测子站独立获取并存储各次闪电放电事件的闪电波形，生成闪电放电事件的到达时间和参数；观测子站将所述闪电波形、到达时间和参数作为闪电放电事件的特征参数实时发送给中心站。