一种基于高频地波雷达的中纬度电离层探测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110988884A(43)申请公布日2020.04.10(21)申请号201911404799.X(22)申请日2019.12.30(71)申请人陇东学院地址745000甘肃省庆阳市兰州路45号(72)发明人杨旭光于长军王霖玮胡智亿(74)专利代理机构哈尔滨龙科专利代理有限公司23206代理人高媛(51)Int.Cl.G01S13/95(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于高频地波雷达的中纬度电离层探测方法(57)摘要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。CN110988884ACN110988884A权利要求书1/2页1.一种基于高频地波雷达的中纬度电离层探测方法，其特在于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：根据步骤一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，通过步骤二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，然后对不规则体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。2.根据权利要求1所述的基于高频地波雷达的中纬度电离层探测方法，其特在于所述步骤一的具体步骤如下：(1)对高频地波雷达回波信号进行两次FFT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[Rm,Rn]、[fu,fv]，对应每个分辨单元的回波功率强度记为Pi,j，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，Ne为不规则体对应的电子浓度；(3)通过高频地波雷达电离层杂波在RD谱中的总功率PT，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Ne。3.根据权利要求1所述的基于高频地波雷达的中纬度电离层探测方法，其特在于所述步骤二中，电离层不规则体等离子体频率的估计公式如下：其中，fp为等离子体频率，Ne为不规则体对应的电子浓度。4.根据权利要求1所述的基于高频地波雷达的中纬度电离层探测方法，其特在于所述步骤三中，电离层不规则体的折射指数n的公式如下：其中，fp为等离子体频率，f0为雷达发射频率。5.根据权利要求1所述的基于高频地波雷达的中纬度电离层探测方法，其特在于所述步骤三中，修正后的电离层不规则体不规则体漂移速度表达式为：2CN110988884A权利要求书2/2页其中，为不规则体沿雷达波束径向漂移的平均速度，λ0为雷达工作波长，为不规则体对应的平均多普勒频移，n为电离层不规则体的折射指数。6.根据权利要求5所述的基于高频地波雷达的中纬度电离层探测方法，其特在于所述的具体表达式为：其中，[Rm,Rn]、[fu,fv]分别为某一区域的电离层杂波所处的距离、多普勒单元范围，Pi,j为对应每个分辨单元的回波功率强度，fi,j为该区域电离层杂波对应的多普勒频率。7.根据权利要求1所述的基于高频地波雷达的中纬度电离层探测方法，其特在于所述步骤三中，不规则体径向漂移速度估计的方差为：其中，[Rm,Rn]、[fu,fv]分别为某一区域的电离层杂波所处的距离、多普勒单元范围，Pi,j为对应每个分辨单元的回波功率强度，为不规则体沿雷达波束径向漂移的平均速度，vi,j为该区域电离层杂波对应的径向漂移速度。3CN110988884A说明书1/4页一种基于高频地波雷达的中纬度电离层探测方法技术领域[0001]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[0002]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