的参数与IRI 一致。
【附图说明】
[0014]图1为：不同电子与离子溫度比下的非相干散射谱； 图2为：不同碰撞频率下的非相干散射谱； 图3为：不同离子成分百分比下的非相干散射谱； 图4为：不同编码调制下的电离层雷达回波散射谱仿真； 图5为：经过非相干积累、去模糊后的不同高度散射谱对比； 图6为：电离层参数提取。
【具体实施方式】
[0015]首先单一成分时，在电离层等离子体的概率分布函数W及起伏密度的基本概念 上，在理想化的散射谱模型情况下，即不考虑磁场，并且无碰撞的情况下，可W得到电子和 离子的速度分布函数，
上式曰=(21^。/111。)1/2表示的是电子平均热速度，6=(21^兀/11〇1/2则是离子平均热速 度，kb为波尔茨曼常数，服从于任意分布的速度分布函数，假设电子和离子速度分布函数均 服从麦克斯韦分布，研究了等离子体的谱密度函数，代入具体的参数值，如波尔茨曼常数kb 为 1. 38*10~ (-23)，电子质量nie为 9. (-31)，离子质量m1为 16*1. 6749286*10~ (-27) 等，在不同电子与离子溫度之比的条件下，根据公式
求出了功率谱，如图1，探讨电子溫度与离子溫度比Te/Ti为1，2,3,4的情况下，求散射 功率谱。其电子和离子的速度分布函数均为麦克斯韦分布，可W看出来，随着电子与离子溫 度之比Te/Ti的增加。当Te与Ti的比值增大时，散射谱的谱密度函数的幅值整体变小，并 且波峰与波谷将慢慢分离，同时出现了谱的宽度会变大，从图中也可W看出来，在不考虑碰 撞时的等离子体，其波峰与波谷的比值与Te/Ti的值基本相等。
[0016] 在实际的电离层中处于绝对的麦氏分布函数是不存在的，当我们对电离层有效参 数进行探测时，由于采用麦氏分布函数的优点是求解过程相对简单，而且对于大多数环境 普遍适用。但是当探测环境相对较复杂时，它们大多不能用麦氏分布函数来进行分析求解。 当不考虑磁场下有碰撞时，根据式（7) -(13)，对不同的碰撞频率的功率进行了模拟，频率分 别为1000化、10000化、15000化、20000化，结果如图2。可W看出，在给定的电子离子溫度比 的条件下，随着碰撞频率的增加，离子散射谱的谱密度函数的幅值呈整体变小的趋势，并且 谱的形状开始从双峰转变为单峰，与此同时谱的宽度逐渐展宽。
[0017] 为了对更加复杂的条件下散射功率谱进行建模，当考虑到离子的多成分时，根据 式（14)-(16)，分别对H离子含量为0. 2、0. 4、0. 6、0. 8、0. 9运几种电离层成分不同的情况 下，电离层的非相干散射谱，如图3显示，可W看出，随着H原子离子成分的增加，谱密度函 数的幅值整体下降，并且从单峰变成双峰，而且可W看出，在相同条件下，多成分功率谱逐 渐展宽，并且峰谷比增大。
[0018] 通过分析，可W知道不同的电离层特征参数对非相干散射谱的影响。
[0019] 在此基础上，如图4,仿真了不同高度、不同编码下的接收机输出回波散射谱，化及 非相干积累、去模糊后的散射谱和功率谱，可W看出来，功率谱和散射谱具有相同的趋势。
[0020] 对雷达不同探测高度的接收机输出散射谱经过非相干积累、去模糊后得到散射谱 (黑点）与目标电离层建模散射谱（黑线）作对比，如图5,可W很明显地看出结果是吻合 的。
[〇〇2U通过式（17)和（18)，反演得到电子溫度和离子溫度如图6所示，并且与IRI模型 的仿真结果作对比，IRI模型是标准的经验模型，可W获取大量的电离层特征参数数据，可 W看出来IRI模型的结果与通过散射谱反演的仿真结果一样。
【主权项】
1. 一种电离层非相干散射雷达非相干散射谱建模方法，其特征在于：不考虑磁场下无 碰撞等离子体的功率谱密度为：式中对于第k，w密度分量，kb为波尔茨曼常数，α = ΙΛλ D，λη为德拜长度，1^，1\是 电子温度和离子温度，nvIiii则是电子和离子质量，对于电子，电荷q = -e，离子电荷q = Ze， x JP x i是磁化系数ε的分量。2. 根据权利要求1所述的一种电离层非相干散射雷达非相干散射谱建模方法，其特征 在于：单一成分下的理想化模型，不考虑等离子体之间的相互碰撞、磁场、电场等因素。在不 考虑磁场下有碰撞等离子体的谱密度函数时，其谱密度函数可近似表达为：式中，Vf3和V i分别为电子和尚子的碰撞频率，％电子 的热速度，类似地3. 根据权利要求1或2所述的一种电离层非相干散射雷达非相干散射谱建模方法，其 特征在于：单一成分下的理想化模型，不考虑等离子体之间的相互碰撞、磁场、电场等因素， 以及不考虑磁场下有碰撞等离子体的谱密度函数的情况。对于非单一成份等离子体，在无 碰撞，均匀以及非磁化的情况下，谱密度函数表示为：? 式中，多成份的磁化系数ε可表示为：η是电荷密度起伏函数。 速度分布函数fqC表示如下：对于非相干散射雷达，离子温度为：(17Λ 式中，B是离子谱线半带宽，λ是发射波长。 其电子温度为：(IS) Pt4表示雷达峰值功率孔径乘积，距离分辨率dR，是电子密度，σ 6是电子雷达截面 (10 2Sm2)，探测距离为R，接收回波功率是匕。
【专利摘要】本发明在基于非相干散射理论的基本原理上，分别对不考虑碰撞的等离子体散射谱，不考虑磁场的碰撞等离子体散射谱，不同离子成份百分比下的非相干散射功率谱进行研究分析，提出了一种电离层非相干散射雷达非相干散射谱建模方法，本发明除了能仿真3种基本散射谱外，还能仿真不同编码下的散射谱，以及仿真不同高度散射谱，对雷达信号的回波仿真结果进行分析，且经简化算法提取的参数与IRI一致。
【IPC分类】G01S7/40
【公开号】CN105182304
【申请号】CN201510302430
【发明人】姚明, 邓晓华, 鲁自清, 张梁民
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年6月4日