[发明专利]一种基于高频地波雷达的中纬度电离层探测方法

说明书

本发明公开了一种基于高频地波雷达的中纬度电离层探测方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：根据高频地波雷达在FMPCW体制下回波RD谱，通过电离层不规则体回波功率与其电子浓度成正比的函数关系，结合IRI模型或垂测仪，实现对电离层不规则体电子浓度的估计；步骤二：根据对电离层不规则体的电子浓度估计，实现对电离层不规则体等离子体频率的估计；步骤三、根据高频地波雷达回波的RD谱，通过电离层不规则体等离子体频率估计值对其折射指数进行估计，然后对不规则多普勒频移进行修正，实现沿雷达径向的不规则体漂移速度的估计及方差估计。本发明为现有的高频地波雷达增添了电离层探测的功能，开辟了高频地波雷达应用新领域。

技术领域

本发明属于高频地波雷达领域和电离层探测领域，涉及一种利用高频地波雷达对中纬度电离层进行探测的方法。

背景技术

高频地波雷达是一种利用高频段(3～30MHz)垂直极化电磁波沿海面绕射传播的物理机制而实现海态遥感与超视距目标探测的新体制雷达。高频地波雷达采用垂直极化发射，尽可能压低发射波束仰角，理想情况下电磁波应完全沿海面传播，然而由于复杂的地面特性、天线设计等实际工程因素，一部分电磁波向上空辐射到电离层，经反射、折射后沿多种传播路径返回雷达接收机，形成“电离层杂波”。电离层杂波不仅与雷达参数有关，还与电离层本身独有的分布特性有关。我国高频地波雷达几乎都部署在东南沿海，其上空的电离层处于电离层赤道异常北驼峰两侧(北纬5°～35°)，属于地理纬度与地磁纬度差别最大的中低纬度区域，其独特复杂的电离层结构分布和物理特性，使得高频地波雷达电离层杂波特性具有鲜明的地域特征。

常用的电离层探测装备有垂测仪、斜测仪、返回反射仪等，其中以垂测仪使用最为广泛。然而在万里海疆部署稠密的垂测仪观测站并不现实。因此，利用高频地波雷达电离层杂波信号对覆盖区域内的电离层环境实现实时探测，可为全球电离层分布特征研究、补充完善我国电离层观测网、高频天波超视距雷达及短波通信的最优工作选频、高频地波雷达电离层杂波抑制技术等提供重要的数据参考，具有一定的理论意义和工程价值。

发明内容

本发明的目的在于利用高频地波雷达电离层杂波信号，提供一种基于高频地波雷达的中纬度电离层探测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于高频地波雷达的中纬度电离层探测方法，包括如下步骤：

步骤一：根据高频地波雷达在FMPCW(Frequency Modulated Pulsed ContinuousWave)体制下回波RD(Range-Doppler，距离-多普勒)谱，通过电离层不规则体回波功率与其电子浓度成正比的函数关系，结合IRI(International Reference Ionosphere)模型或垂测仪，实现对电离层不规则体电子浓度的估计。具体步骤如下：

(1)对高频地波雷达回波信号进行两次FFT(Fast Fourier Transform)获得距离-多普勒谱，将某一区域的电离层杂波所处的距离、多普勒单元范围分别记为[R_m,R_n]、[f_u,f_v]，单位分别为m，Hz，对应每个分辨单元的回波功率强度记为P_i,j，单位为dB，其中i,j分别代表多普勒单元和距离单元，则该区域电离层杂波总的回波功率为：

(2)根据中纬度地区电离层不规则体对高频电波的相干散射机理，电离层不规则体回波功率近似正比与其电子浓度的平方：

其中，N_e为不规则体对应的电子浓度，单位为m^-3；

通过高频地波雷达电离层杂波在RD谱中的总功率P_T，结合IRI模型或垂测仪，反演估计出对应的不规则体电子浓度N_e。